量子糾纏超光速,相對論不允許超光速,兩者衝突嗎?

2020-12-15 刁博

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。

相關焦點

  • 量子糾纏最小的速度都超光速,是否違背相對論嗎?
    圖:愛丁頓發現星系光線偏轉,證明了廣義相對論時空彎曲愛因斯坦提出量子糾纏量子糾纏的速度的確超光速,目前來看量子糾纏的速度可能沒有任何限制,這不是和相對論相矛盾嗎?是的,愛因斯坦的狹義相對論中明確表示了任何靜態質量不為零的物質無法達到光速,更別說超過光速,那麼量子糾纏是怎麼回事?圖:愛因斯坦與波爾量子糾纏代表著量子力學,光速不可超越代表著相對論,既然它們互相矛盾,那麼就有一個理論錯了!
  • 為什麼量子糾纏超越光速至少10000倍!但卻不違背相對論?
    為什麼量子糾纏超越光速至少10000倍!但卻不違背相對論?愛因斯坦的狹義相對論指出,光速是不可超越的,也就是說,光速是宇宙中最快的速度,但是為什麼量子糾纏超光速至少10000倍但卻並不違背相對論呢?狹義相對論的速度極限僅指物質的運動。如果某種速度現象不是物質的運動,沒有相對論的約束,有可能超過光速嗎?答案是肯定的,只要不是物質運動的速度,相對論就不會產生約束。到目前為止,還沒有科學家得出量子糾纏超過光速的絕對結論,但它得到了許多權威人士的支持。瑞士科學家最近表示,他們已經在實驗中證明,糾纏亞原子粒子之間的信號傳輸速度遠遠快於光速,達到光速的一萬倍。
  • 超光速1萬倍起的量子糾纏可傳遞信息?超光速是真,傳遞信息是假
    今天重點不是科普量子糾纏原理,而主要強調量子糾纏為什麼不可以傳遞信息。隨便簡單提一下量子糾纏的概念。當然,量子糾纏的確超光速了,潘建偉教授曾經在青海做過量子糾纏的下限速度實驗,結果表明量子糾纏速度底線是光速的1萬倍,上限還不清楚。但大部分科學認為量子糾纏上限是無窮大的,用速度描述它已經沒有意義了。即便如此,量子糾纏仍卻不可以用來傳遞信息和能量,而並沒推翻相對論,這只是個科學史上的烏龍事件。
  • 這些已發現的超光速現象,出現時間倒流了嗎?
    為了驗證相對論的核心思想——光速不變原理,人們想盡了辦法去尋找超光速的例子,結果發現自然界中還真存在著幾種超光速的現象。第一種發生在切倫科夫輻射現象中,但其實它是一種偽超光速。光的傳播速度與介質有關,例如光在真空、水、玻璃中的傳播速度是不一樣的,這就是切倫科夫輻射現象中粒子超過光速的根本原因。
  • 量子力學理論為什麼會帶來「超光速現象」?真相其實很簡單
    我們都知道量子力學裡面有很多奇怪的結論,其中有一個結論就是:超光速。但是愛因斯坦的相對論告訴我們,世界上任何有質量的物體都無法超光速,那麼這與量子力學所推導出的「超光速」結論就已經衝突了,那麼量子力學為啥會帶來超光速現象,兩者衝突如何解決,今天我就來談談這個問題。
  • 狹義相對論可解釋超光速運動
    澳大利亞應用數學家進行的研究發現,愛因斯坦的狹義相對論可用於描述超光速運動。 阿德萊德大學數學學院教授吉姆-希爾和巴裡-考克斯找到了一種新方式,擴展愛因斯坦的理論,以了解多大程度的超光速運動具有可能性。希爾表示:「引入狹義相對論的目的主要是了解超光速運動能否具有可能性。目前,我們並未發現任何堅實證據證明當前任何現有運輸裝置能夠超光速。
  • 光速並非宇宙最快速度,五個「超光速」現象,你知道幾個?
    但是相信大多數人都不知道,宇宙中還存在著許多「超光速事件」,這些超光速事件不管是從理論分析還是觀測結果來看,都是真實存在的。為什麼會這樣呢?難道是「光速無法超越」這個定理出現錯誤了嗎?其實這個定理並沒有錯,錯的是大多數人沒有真正認識這條定理,或者說大多數人對這條定理產生了邏輯上的錯誤。
  • 量子糾纏速度比光速快萬倍違反了相對論嗎?
    常有人拿量子糾纏速度說事,隔段時間還要弄出一個某科學家已經證實量子糾纏速度超過光速萬倍云云,其實這都是扯淡,是對量子糾纏完全不知道咋回事的炒作,是認識的一個誤區。量子糾纏沒有速度,是一種現象和微觀世界粒子的固有特性。
  • 有一根長一萬光年的棍子,在一端推到它一下另外一端是否超光速?
    這種辦法無法實現超光速,另一端的人也不會立即察覺愛因斯坦關於光速的準確描述如下:1.有靜止質量的物體達不到光速,理論上只能無限接近於光速,光子沒有靜止質量所以速度等於光速;2.信息的傳遞速度不能超光速,突破不了時間光錐的限制;目前科學上認可的超光速有兩個一是宇宙的膨脹速度超光速,宇宙誕生於148.2億年前的宇宙大爆炸,但目前可觀測宇宙直徑已經達到了930億光年;二是處於糾纏態的兩個量子超光速,量子糾纏也被愛因斯坦稱為鬼魅般的超距作用,它們之間的作用是瞬時的超距的。
  • 談超遠距離的量子糾纏
    論文中他提出量子力學相關的思想實驗,亦即後來薛丁格命名的量子糾纏現象,藉此指出這個現象有如超遠距離的量子糾纏。由於看起來像涉及超光速信息傳遞,與他的相對論有矛盾,所以他一直認為量子力學在詮釋與理論上有「缺憾」或欠了些什麼,含隱藏變量。這因其論文衍生出對量子力學的爭論及後還在物理學界持續了幾十年。
  • 量子糾纏的速度超過光速了嗎?答案顛覆認知!
    1905年6月份,愛因斯坦拋棄了以太的概念,假設光速不變和狹義相對性原理,推出了狹義相對論!當然其中的長度變換仍然是洛侖茲變換,而根據洛侖茲變換則可以推出在狹義相對論之後愛因斯坦發表的《物體的慣性同它所含的能量有關嗎?》
  • 背道而馳的兩束光疊加在一起能夠超光速嗎?
    有人問兩束方向相反的光,對其中一束光而言,另一束光的速度是二倍光速嗎?若不是,為什麼?簡單的說,在狹義相對論中,光速是恆定不變的。這個恆定不變包含著幾重意思:第一,光速極限,不可超越。經過百年實踐檢驗,現在認定與光速並駕齊驅的只有引力波,其次是中微子,但其由於靜質量不為零,就比光速略慢一點點。而所謂超光速或可能超光速的幾個事物,如宇宙膨脹、曲速航行、蟲洞穿越、量子糾纏不屬於物質運動速度,沒有能量和信息的傳遞。
  • 量子糾纏的超距作用和光速極限是否矛盾?有沒有強度上的差別?
    上面四種糾纏度的大小就不一定相等了——而且我們不能預測這四個糾纏度的大小順序。因此,在這個意義上,量子糾纏在多個粒子的情況下會有不同的強度。至於量子糾纏與距離的關係,這個是沒關係的。距離在量子糾纏中是一個無關的變量。這就好像我們考慮一個人的工資水平的時候,性別或者家庭出身就是工資的無關變量。這是很容易理解的。
  • 有人說量子糾纏起碼是光速的一萬倍,不違反相對論嗎?
    首先我們要明白到底什麼是量子糾纏。在圍觀世界中,當幾個粒子相互作用後,單個粒子所擁有的特性綜合為整體性質,無法描述單獨粒子的性質,只能描述整體的性質,這種現象就被稱為「量子糾纏」!量子糾纏是一個整體性,嚴格來講並不能用速度來描述。當我們試圖觀察其中一個粒子的狀態時,另一個粒子的狀態瞬間就確定下來,同時兩個粒子的量子糾纏現象瞬間就消失了,彼此之間不再有糾纏關係。
  • 光速和超光速飛行
    愛因斯坦創立了狹義相對論.在其中他假設真空中光速不變,大量實驗結果都證實了這個假設的正確性.同時,由於真空中的光速具有不變性,它也就成為自然界的基本常數之一.真空中的光速為c=299792458m·s-1.
  • 量子糾纏不能傳遞信息,有比這更通俗的解釋嗎?
    中國的量子衛星上天了,但量子糾纏只是負責驗證密鑰,不能傳遞信息。用信息不能超光速來解釋信息傳遞,理論性太強了,那麼小學知識能解釋明白嗎?簡單介紹一些量子糾纏:兩個糾纏的粒子處于波函數疊加狀態,測定其中的一個粒子,兩個粒子的波函數就會坍塌。
  • 為什麼相對論和量子力學無法兼容?
    只不過,它們描述的尺度極大的不同,相對論描述的引力巨大,尺度巨大,速度巨快的尺度下的物理學現象。而量子力學則是描述在亞原子,也就是納米級以下的物理學現象。兩者的尺度差了得有20個數量級。狹義相對論與量子力學的聯姻但並不是說,雙方就沒有辦法相互結合,實際上是可以的。首先,牛頓力學其實是相對論和量子力學在宏觀低速下的近似。
  • 量子論幣:相對論和量子力學的主要矛盾是什麼?
    相對論和量子力學相互矛盾這件事其實是還沒有定論,或者說,如果從純粹理論的角度上看,目前它們是有一部分融合了,有一部分科學家還在試圖用各種辦法把它們融合到一起,因此,現在就下定論說,兩者是相互矛盾的說法是不太合適的。那具體是咋回事呢? 我們要先從兩個理論描述了什麼來進行入手。
  • 淺析「量子空間」模型裡的:能量態、量子趨向性及超光速運動
    0、令人困惑的量子「意識」問題薛丁格的波函數、海森堡的測不準、泡利的不相容、楊振寧的宇稱不守恆...這些新發現、新理論蓋起了量子理論的大廈。量子理論的「隨機性」、「超距糾纏效應」、「不可預測性」讓很多「老派」科學家們難以接受。
  • 量子糾纏理論是什麼,對我們的生活有什麼作用
    量子<糾纏>有很多神秘之處,譬如:<糾纏>的主體是什麼?<糾纏>是怎樣形成的?<糾纏>能被解開嗎?如何理解<糾纏>過程中的這種看似的超距作用?我們都知道物體之間存在萬有引力,但這種力的作用是如何施加到物體上的呢?這個牛頓無法解釋。在連續運動的框架下,這樣的超距作用是說不通的。