星际迷航3：超越星辰

艾星雨

在近期上映的《星际迷航3：超越星辰》中，有这样一个情节：大量船员被反派关押在隐秘的监牢里，柯克船长想救他们，必须在极短的时间里，让这些人移动到数百千米之外。怎样才能办到这一点呢？其实很简单，星舰上有一种神奇的装置叫瞬间传送系统，只要知道坐标，就可以将该坐标的人和物直接传送到星舰里。所以，柯克船长要做的，就是把信标器送到船员们手里，让星舰的瞬间传送系统找到他们，然后将他们传送回星舰就完成了救援任务。这事儿在电影里表现得格外酷炫，相信每一个看过电影的人都印象深刻。那么，这种瞬间传送系统有什么科学根据吗？今后有实现的可能性吗？

实验证实，量子纠缠确实存在

艺术中的“瞬间移动”

其实，《星际迷航3：超越星辰》中的星舰之所以用瞬间传送系统，最初是因为经费不足，无法模拟星舰在遥远星球上起飞和降落所需的昂贵费用，于是想了个省钱的办法，把船员们直接传送到他们的目的地。事实上，瞬间传输系统并非《星际迷航》的首创。早在1927年，柯南·道尔（对，就是写福尔摩斯那位）在《分解机器》中，就设想到了一台可以把一个人分解后重新在其他地方装配起来的机器。在1958年的科幻电影《苍蝇》中，一个科学家发明了利用线路传送人体的办法—人从一个舱室进去，被机器分解，通过线路，瞬间传送到另一个舱室，进行还原。不幸的是，在进行实验时，一只苍蝇混了进去，因此在另一个舱室出现的，是人和苍蝇混合的怪物。

根据上述作品的描述，所谓瞬间传送，是在极短的时间里把人体分解成原子的形式，并记住每个原子在人体中的位置，再通过仪器以有线或者无线的方式（《星际迷航3》采用的是无线）发射到某一位置，再重新组合起来。根据牛顿理论，瞬间传送是不可能的事情。在牛顿的物理世界里，物体不会突然出现或在别处重新出现。但在量子理论中，这恰恰是可以做到的事情。

历史中的“瞬间移动”

1925年，海森堡、薛定谔等物理学家在分析原子的怪异属性时，发现电子像波一样运动，而且它们可以在原子内看似无序的运动中做出量子跃迁。在原子周围，有不同数量的电子绕着原子核在不同轨道上不停旋转，这样就需要不同的能量。电子会释放能量或者吸收能量，然后瞬间“跳”到别的轨道上。这里有两个诡异之处：其一是电子什么时候吸收或者释放能量，完全没有规律，只能观察，无法预测;其二是不同电子轨道之间是有距离的。然而，发生电子跃迁的时候，电子在这条轨道上消失，在那条轨道上出现，是同时发生的。似乎两者的距离不存在，或者说，跃迁不需要时间。那么，量子跃迁能否作为瞬间传送的理论根据呢？答案是不能，因为相对电子，人体实在太过庞大，也太过复杂。

1953年，为了反对量子理论，爱因斯坦和他的两位同事波尔多斯基、罗森提出了一个EPR的思想实验。该思想实验指出，从量子理论出发，可以得出这样一个结论：如果两个电子最初是一致地振动，它们就可以一直保持这种状态;假如其中一个电子的状态发生改变，那么另一个电子也会发生相应的改变;不管距离有多遥远，哪怕一个在地球，一个在冥王星，这种改变都会发生。爱因斯坦称之为“量子纠缠”，并得意地说，这种“鬼魅般的超远距离的作用”，完全可以“证明”量子理论是错误的。可惜，错的是爱因斯坦。20世纪80年代，法国科学家艾伦·阿斯佩科特使用两个分开13米的探测器，测量从钙原子钟放出的光子的自旋，实验结果与量子理论的计算结果精确吻合。此后的多次实验也证实，量子纠缠确实存在，尽管它如此违反常识。那，在光速是宇宙的速度极限这一点上，爱因斯坦也是错的吗？借助量子纠缠，我们能否实现信息的超光速传递，甚至物质实体的超光速传递呢？

1993年，IBM公司由查尔斯·班奈特领导的小组用EPR实验证实：在物理学上瞬间传送物质实体是可能的，至少在原子水平上是如此。科学家们使用A、B、C三个原子，任务是把A的信息传送给C。第一步，是在B和C之间建立纠缠关系;第二步，A与B建立联系，A的信息会转移到B;第三步，由于B和C是最初纠缠的，因此A的信息现在已经被转移到C了。注意在这一过程中，原子A内的信息已经被销毁，同时A并没有移动到C所在的位置，而B和C的距离在理论上可以无限远。

任重道远的“瞬间移动”

乐观的科学家相信，转移技术几年内就能够传送复杂的分子。十几年内，就能够传送DNA分子甚至一个病毒。有了这么迅猛的发展，我们何时可以传送人体呢？理论上讲，没什么事物禁止传送一个真正的人—就像《星际迷航》中所描述的那样。但事实并非如此。想要实现人体的瞬间传送，还有很多技术难题需要克服。

如何面临“数据爆炸”

用扫描仪来记录人体中每个原子的准确位置，比如自旋和轨道角动量等，其精度必须达到小数点后30位。一个体重为70千克的普通成年男性身体里至少有3.5×1027个原子。假设我们可以把一个原子的数据压缩到1比特，那么我们也至少需要3.5×1027个比特的数据才能记录人体中所有原子的位置。这个数据有多大呢？它相当于如今全球一年数据总储量的10000倍;如果用一条线路以现有速度来传送这组数据，则需要1080万年。

事实上，别说1080万年你等不了，就是几分钟也等不了。因为想要实现瞬间传送，在扫描你的原始身体时，需要物理地将你身体里每部分拆解开才能得到里面的原子—这相当于把原始版本的你杀死，传送，然后在目的地重组一个全新的你！不然，这个世界将同时出现两个“你”。显而易见，必须要在极短的时间内精确无误地完成从扫描到传送，再到重组的三个阶段。这个时间短到什么程度了？至少在万分之一秒以内。

移动重组后的精确性差异

任何测量，都必然有误差。只是仪器的不同，还有我们需求的不同，这个误差的程度也各异。相对于人的躯体，神经系统的复杂度显然要高出几个量级，而我们的全部记忆、思想和意识都保存在神经系统里。任何一个原子的位置在扫描、传送和重组的过程中，出现了失误，都会导致重组的结果产生偏差。简而言之，“你”不再是“你”了。根据海森堡测不准定律，我们无法同时测出一个电子的确切位置和速度。因此，对原子的扫描不出现误差是不可能的。当然，任何事情都是有误差的，只要误差控制在可接受范围内，工程上就是可行的。比如，从某种程度上讲，在进行大脑CT时，射线显然会对神经系统产生量子层面的干扰，但从没有听说过谁做了几次大脑CT就变成另一个人了。

《星际迷航》中的许多设想都已经变成现实，堪称科技研发的创意宝库。虽然现实里，距离实现瞬间传输还有很远的路要走，但两百年前的人们不是也不相信比空气重的东西能飞上天，更不要说有火箭能够飞出大气层呢？因此瞬间传送也是可以期待的，说不定你也能在这一过程中作出自己的一份贡献呢。

（责任编辑/王茜）