1905年愛因斯坦給出了狹義相對論。按照狹義相對論,物體運動的速度不可能超過光速,因為當物體的運動速度趨近於光速時,物體的質量會趨於無窮大。推動著質量無窮大的物體以光速運動,需要無窮大的能量。宇宙中沒有這麼多的能量,故物體的運動速度不能超過光速。根據質能方程,能量和質量存在著當量關係,故能量的傳播速度也不能超過光速。信息傳遞時需要有載體,故信息的傳播速度也不能超過光速。
量子力學中用函數表示粒子的狀態,如果兩個或多個粒子構成了一個體系,描述這個體系的函數不能寫成描述各粒子的函數的積的形式,這幾個粒子就處在糾纏態。幾個粒子處於糾纏態時,如果對其中一個粒子進行測量,另外的粒子會立即變為相應的狀態。從描述粒子體系的函數中可以看出來,其他粒子的變化與時間及距離無關,意思是不論兩個粒子距離多遠,對其中一個粒子進行測量,另一個粒子會同時發生變化。這就是愛因斯坦說的「鬼魅般的超距作用」。愛因斯坦認量子糾纏時的超光速違背了相對論,這是愛因斯坦認為量子力學不完備的重要原因。
量子糾纏有理論基礎,在實驗中也早就實現了兩個及多個粒子的糾纏。並且關於量子糾纏的速度也有很多測量數據,潘建偉的團隊曾經測量出糾纏的速度至少比光速高出4個數量級。量子糾纏是真實存在的,並且在量子通信、量子計算領域已經有了應用。愛因斯坦的相對論早就成了現代物理學的重要基礎之一,相對論也是沒有問題的。
量子糾纏超過了光速,相對論好像又不允許存在超光速,量子糾纏和相對論是不是矛盾了?
量子糾纏的超光速在歷史上的確讓一些物理學家感到困惑,隨著人類認識的深入逐步發現這兩者並不矛盾。人類已經發現了很多超光速現象,並對那些現象進行了深入研究。相對論並非不允許超光速,而是不允許物質、能量、信息的傳播速度超過光速。在量子糾纏的超光速中,並不存在物質或能量的傳播速度超過了光速,而且糾纏本身並不傳遞信息,信息的傳遞並沒有超過光速。
和愛因斯坦就量子力學爭論了幾十年的玻爾對量子糾纏有自己的解釋。在玻爾看來,當兩個或多個粒子處於糾纏態時,這幾個粒子就不再是互相獨立的個體,而是一個整體。對其中一個粒子進行測量時,整體在跟著發生變化,這個變化中沒有信息從一個粒子傳到另一個粒子,故量子糾纏並沒有違背相對論。相對論和量子糾纏都是重要的科學理論,兩個並沒有矛盾。