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时空穿越不再是梦？科学家成功模拟“全息虫洞”！******

　　近日，科学家打造出

　　“全息虫洞”的消息冲上热搜

　　引发了大家的讨论

　　虫洞是什么？

　　我们真的能用它穿越时空吗?

　　今天一起了解虫洞

　　01虫洞？是虫子住的洞吗？

　　宇宙中的虫洞是科学家推测可能存在的一种特殊隧道，它的两头连接着两个遥远的时空，理论上说，如果能从虫洞的一端穿越到另一端，就能实现超越光速的时空旅行。

　　电影《星际穿越》中结尾主角就是进入了虫洞，发生了时空穿越。感兴趣的同学可以去看看哦！

　　图源：截图 电影星际穿越中的画面

　　要理解虫洞，我们首先要理解“黑洞”和“白洞”。在霍金的两大科普著作《时间简史》《果壳中的宇宙》的帮助下，黑洞这一概念早已深入人心。它是在恒心死亡时，由于体积收缩，密度变大，获得使光也无法逃脱的巨大密度的一种天体。而所谓白洞，其实就是和黑洞具有相反性质的特殊天体，特点是不断往外“吐”出东西，只发射而不吸收。

　　一个吞噬一切，一个“吐出”一切，大家可以想象一下，如果一个黑洞恰好连上了一个白洞时会怎么样呢？这时就会形成虫洞（worm hole）。

　　图源：中科院理论物理研究所 虫洞示意图

　　1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，在爱因斯坦的理论中，空间和时间不再是绝对的、不可变的，而是可塑的、相互依存的，且它们会受物质存在的影响。1935年，爱因斯坦和他的助手罗森在广义相对论的框架下研究黑洞，首次提出“爱因斯坦-罗森桥”的概念，这座“桥”连接了时空中两个不同区域的通道。上世纪50年代，物理学家惠勒将这座桥命名为“虫洞”。

　　这听起来是不是很令人心动？进入虫洞，你可能会出现在宇宙的任意一个角落，甚至穿越时空，改写你的人生，重新选择你曾经后悔的事。然而，虽然广义相对论允许虫洞的存在，物理学家还从未在宇宙中观测到虫洞，目前只有黑洞被人类实际观测。

　　 02量子虫洞又是啥？

　　虽然我们还没有在宇宙中发现虫洞，但现在科学家们创造出了虫洞，还观察到了信息在虫洞之间传递的现象。不过，先别想着穿越时空，这个虫洞并非上述所讲的引力虫洞，而是一个量子虫洞。

　　日前，英国《自然》（Nature）杂志发表的一篇论文首次报道了利用一台量子处理器对全息虫洞进行量子“模拟”。这个全息虫洞成功地将量子态通过虫洞，由一个量子系统传递到了另一个量子系统。

　　如果我们想象中可以时空旅行的虫洞叫作“时空虫洞”的话，量子态的量子虫洞则可以称之为“微型虫洞”。

　　那么，研究量子虫洞有什么用呢？

　　这是因为，广义相对论和量子力学虽然各自都发展了很长一段时间，但它们之间仍然有一个根本性的“冲突”——量子引力。

　　具体来说， “广义相对论”描述了引力且在恒星、行星、银河上等大尺度上都适用；而“量子力学”描述了其他3种作用在微观尺度的基本力。这二者是否有“握手言欢”的可能？这就要看量子引力的表现。

　　物理学家们当然想通过实验去检验，但很遗憾，量子引力的能量与尺度，此前的实验室条件是无法模拟和观测的。而这就是“全息”的用武之地，它可以帮助物理学家创建一个与原始系统相当，但不太复杂的系统。这类似于用二维全息图显示三维图像的细节。

　　03量子虫洞是怎么创造出来的？

　　2019年谷歌的物理学家们提出了一种实验假说，认为一个在物理实验室中可以再造的量子态，能被解释为在两个黑洞之间的虫洞中穿越的信息。

　　现在，来自谷歌、MIT、费米实验室和加州理工学院的科学家们，用9个量子位、1台量子计算机模拟出了对应的量子动力学。在同一个量子芯片中，他们创建了两个纠缠的量子系统，并将一个量子位放入其中一个量子系统。结果，他们在另一个量子系统中观察到了这个量子位“穿越虫洞”而来的信息，结果符合预期的引力性质。

　　这是什么意思？大家可以设想在两组纠缠粒子之间，穿上一根电线或其它任何的物理连接，让粒子们编码出虫洞的两个口。

　　在这种耦合作用下，操作其中一侧的粒子，会引起另一侧粒子的变化。这样就有可能在两侧粒子之间撑开一个虫洞。

　　图片来源：inqnet/A.Mueller 量子计算机的模拟显示了信息如何通过虫洞

　　尽管存在争议，但是这项前所未有的实验，探索了时空以某种方式从量子信息中产生的可能性。随着量子装置的不断改进，错误率会更低，芯片会更强，那么对引力现象的研究也会更加深入。

　　END

　　资料来源：中科院物理所、极目新闻、科技日报、环球科学、量子位

　　整理：董小娴

体测跑800米是噩梦？学会这招轻松跑完******

　　最近，不少大学进行了体测，很多跑完800米、1000米的大学生们都会咳个不停。其实，跑完咳个不停，和不当的呼吸方式有关。

　　1　跑完步我们为什么会咳嗽？

　　当我们跑步速度不快时，用鼻子呼吸就可以满足身体对氧气的需求，而且鼻子呼吸，可以帮助过滤空气中灰尘等颗粒物，气温低时可起到加热空气作用，减少冷空气对气管、肺部的刺激。

　　但是当我们进入加速阶段时，仅靠两个鼻孔无法满足对氧气的需求，这时就需要用嘴巴呼吸，但是由于秋冬天气寒冷，气候干燥，寒冷干燥的空气直接进入口腔，会刺激我们的口腔、咽喉和气管黏膜，大脑会判断呼吸道有异物入侵，于是我们就会咳嗽以排除异物，所以跑完咳嗽是我们身体的正常反应。

　　机智的网友可能会问：那我不用嘴呼吸，全程用鼻子呼吸不就不咳嗽了吗？

　　只用鼻子呼吸可能确实不会咳嗽，但当你需要提速时，只用鼻子呼吸，身体的摄氧量就达不到，就会难受，坚持不下来，否则就只能一直慢跑，无法提速。

　　用嘴还是鼻子其实取决于身体对氧气的需求量，并没有绝对统一的标准。所以，跑步时不是绝对地不要用嘴巴呼吸，毕竟嘴巴呼吸可以增加我们的供氧量，提高我们的速度。我们要学会的是正确地用嘴巴呼吸，而不是张嘴，让冷风无情地往里面灌。

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　　2　学会腹式呼吸

　　我们正常呼吸的时候，使用的是胸式呼吸，主要用的肺的中部和上部呼吸，吸气的时候，腹部提起变小；呼气的时候，腹部放下变大。这种呼吸方式会增加我们的肺部和心脏负担。肺部和心脏必须工作得更勤快，才可以确保氧供应充足。

　　腹式呼吸简单地来说就是“鼻吸口呼”。与胸式呼吸相反，腹式呼吸时，吸气的时候腹部鼓起来，呼气的时候腹部下沉。整个过程是靠横膈肌的活动完成的，当吸气时，横膈膜收缩并向下移动，胸部的肌肉收缩以使胸腔扩大，这些动作会扩充胸腔的容量，并将空气吸入肺部，让肺扩张到最大限度，并最大限度地吸入空气，进而可以提高每一次呼吸的氧气吸入量。

　　与横膈膜相连的其他解剖结构 图源：《高效呼吸训练：舞蹈、瑜伽、普拉提的功能性练习》，埃里克·富兰克林

　　如果找不到感觉，可以把手放在腹部，吸气的时候去感受腹部和手的对抗，呼气的时候感受手随着我们的腹部一起下陷。

　　如果呼吸的时候出现憋气或不顺畅，可以保持平静的呼吸，放松之后再进行腹式呼吸。

　　学会用腹式呼吸法跑步，鼻吸口呼，寒冷的空气不会直接进入我们的口腔，可以有效避免跑完咳嗽的困扰。

　　3　呼吸的进阶——韵律呼吸

　　如果你已经学会了腹式呼吸，想在跑步提速的同时更加轻松，可以尝试韵律呼吸。

　　韵律呼吸建立在腹式呼吸的基础上，但在节奏上进行了创新，认为应该采用奇数的呼吸模式，即三步一吸，两步一呼，或者两步一吸，一步一呼。

　　跑步时，当我们的脚在开始呼气的时候落到地面，会产生最强的冲击力，此时身体的稳定性最差的。如果采用两步一吸，两步一呼，或者三步一吸，三步一呼这种偶数的呼吸模式时，呼气的时候总是落在同一只脚上，身体的冲击力完全由同一只脚承担，容易给脚部造成伤害。

　　而韵律呼吸提倡的奇数呼吸模式可以让我们的左右脚落地时轮流呼气，让左右脚均匀地承担身体的冲击力。

　　至于是采取三步一吸，两步一呼，还是两步一吸，一步一呼，取决于我们跑步的状态。

　　如果是长跑或对速度没有什么要求，可以采取三步一吸，两步一呼，数到3时吸气，再数到2时呼气。如果在比赛时冲刺，或者需要提速，可以采取两步一吸，一步一呼，数到2时吸气，再数到1时呼气。

　　感兴趣的朋友不妨尝试一下，学会了呼吸，也许800/100米就不再是噩梦了。

　　资料来源：科普中国、全民较真-腾讯新闻、《跑步时该如何呼吸》《高效呼吸训练：舞蹈、瑜伽、普拉提的功能性练习》

　　整理：党敏

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）