「星艦迷航記」(Star Trek) 是美國歷久不衰的科幻影視,將近半世紀,電視劇的新製作與重播,在螢光幕從未間斷,電影拍過 12 部,去年的 Star Treck into Darkness 也可能不是最後一部。這個太空探險的主題所以維持這麼久,因為有很高的邏輯性,甚至引起科學界討論。
有人說科幻是事實的預兆,科幻的場面往往演變成真,劇中在五十年前就用手機通話,現在已經成真,劇中不用一張紙做紀錄,現在也接近無紙的環境。唯有劇中的「遠距搬運」 (Teleportation),不需交通工具就把人從太空船裡「搬運」到星球,現在還沒能實現。下圖劇照太空船裡的人站在掃瞄器下,逐漸變成白光消失,然後出現在鄰近星球陸地上,星球任務完成,以同樣的方式返回太空船。
(圖片取自網路)
不靠工具兩地隔空搬運東西或是人,違反我們所知的物理學,現在兩地只能靠頻道通訊傳送信息,但不能傳送實物。儘管如此,科學家仍夢想有一天影劇成真,認真的著手研究可能性。到目前為止,雖然還不能搬運大東西,卻在搬運小東西上有了教人興奮的發展。
兩年前,奧國科學院的科學家,在西班牙外海的兩個相距 143 公里 Canary 島嶼之間,成功的搬運了「光子」(Photon),也就是光線的最小可量單位。光子僅有能量,卻沒有靜止質量,也就是沒有重量,光線的照射讓我們感覺到熱,卻不能用斤兩來秤。所以,遠距搬運沒有重量的「光」,不代表遠距搬運有重量的「東西」。
兩周前,荷蘭 Delft 大學的 Ronald Hanson 教授,發表了進一步的研究成果,不經任何管道,把實物的資訊搬運到三公尺以外,科學家們認為是突破性的進展。這聽起來有些模糊,為什麼搬運的是實物的資訊,而不是實物本身?這就是科幻的假設與實際科學的差別了。
影劇裡的搬運活人,是把人體分解成原子,然後把原子轉換成能量,再把能量照射到目的地,再轉換回原子、恢復人體。但在科學研究上,不能直接搬運原子本身,但可成功的搬運原子狀態 (State) 的資訊,接收到的一端,運用狀態資訊可以再製造一個同樣的原子,就形同把一個原子「搬運」到另一地方,所以影劇的假設與實際科學的概念不同。
為什麼僅靠狀態資訊,就能在另一端複製成實物?這就說到「量子物理」(Quantum Physics) 了。量子,是物質的最小單位,像是原子、以及更小的粒子 (Particle),有其特殊性,其中之一就是量子糾纏 (Quantum Entanglement) 現象,兩個粒子經過物理方式糾結在一起,雙方各維持狀態上的聯繫,像位置、旋轉方向、能量,即使把這對糾纏的粒子遠距離分開,雙方的關連仍然不變,直到有一方受到外界干擾,雙方關連才終止。量子糾纏成了遠距搬運的關鍵。
Ronald Hanson 教授的實驗,是先用兩個距離三公尺的人工鑽石(假設為 A 與 B),再用雷射製造兩個糾纏的電子(假設為 eA 與 eB),分別放進鑽石 A 與 B。然後在鑽石 A 放進一個氮原子,再把想要搬運的資訊(假設為 X)放進氮原子,這時工作人員把氮原子與旁邊的電子 eA 聯合起來編碼計量,然後把 X 銷毀。
下一步就是把計量出來的數值,用傳統的通訊方式傳送到鑽石 B,鑽石 B 收到數之後值,eB 利用與 eA 的糾纏關係,找到適當的處理程序,製造出 X。所以在 X 沒有經過任何管道傳送之下(X 在傳送數值之前就銷毀了),從 A 搬運到 B。讀者可參閱
紐約時報的圖解,會有更清楚的概念。
Ronald Hanson 教授實驗成功的是量子資訊 (Quantum Information),是原子或更小粒子的狀態資訊,如果我們相信實物、包括人,是由原子依特定順序串接出來的,那這些量子資訊在理論上應該可以組合成實物、包括人。
以目前的科技發展,要實現影劇裡的實物搬運自然非常困難,但要說完全不可能,Ronald Hanson 教授說是非常危險的說法,因為任何事都可能。果真有一天實現,那航空公司就沒什麼事做了。