量子糾纏的速度超過光速了嗎?答案顛覆認知!

2020-12-21 星辰大海路上的種花家

光速特別是超光速現象大家都特別關心，比如2011年歐洲粒子中心的中微子超光速現象公開以後，引起了極大的關注，因為奧佩拉團隊取得的結果比光速快0.0025%，但最後被證明是個超級烏龍！愛因斯坦的狹義相對論早就告訴我們，宇宙中不可能存在超過光速現象！

但其實大家都誤解了，光速不可超越只是信息傳遞不可超過光速，而與之無關的現象超過光速則並沒有什麼問題，那麼為什麼不能超過光速，又有哪些超過光速的現象，不妨來盤點下！

為什麼不能超過光速？

很多人一提到超光速就拿愛因斯坦的狹義相對論說事，但事實上狹義相對論的關鍵要素之一，洛侖茲變換來自於大神洛侖茲的傑作，他在1895年時提出了在運動方向上長度收縮的概念，來解釋1887年麥可遜-莫雷在以太漂移中的零結果！當然洛侖茲的解釋是令人信服的，但很可惜他仍然在死守以太的概念，儘管當時已經對於光速呼之欲出，但洛侖茲失之交臂！

洛侖茲在1899年和1904年對洛侖茲變換做了補充和修正，並且在1904年以論文《以任意小於光速的系統中的電磁現象》中的洛侖茲變換已經非常接近於現代的洛侖茲變換概念！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？》，這狹義相對論整個體系中是環環相扣的，它們的核心就是兩條基本假設，當然其中一項推論也很簡單，光速不能被超越，否則將會導致質量無窮大和長度變成負數......

宇宙中有哪些現象是超光速的？

儘管信息傳遞的速度不可超過光速，但宇宙中超光速現象還是非常普遍的，它們的因素各不相同，有的是不同介質中導致的，有的則是不傳遞信息的現象！

核電站中的切倫科夫輻射

1934年前蘇聯物理學家帕維爾·阿列克謝耶維奇·契倫科夫發現的一種輻射，其特徵是介質中運動速度超過光的一種電磁輻射，所謂的光速不可超越指的是真空中的光速，而介質中的速度（水中為0.75c）則小於真空光速，而核反應堆中的粒子在水中的速度可以超過光速，此時切倫科夫輻射就產生了！

但這僅僅是在不同介質中，看起來就像是田忌賽馬，我在真空中幹不過你就在水中幹掉你，而光在水中不是因為速度降低了，而不是不斷激發再發射再激發.....這光的速度明顯就降低了！

德布羅意物質波

這就不得不提一下德布羅意獲得諾貝爾獎的畢業論文了，這可能是物理史上絕無僅有的！他的理論是這樣的，根據愛因斯坦的方程，如果電子具有質量，那麼它內稟的能量就是質能方程預示的：

E=MC^2

當然這裡我們還得套入普朗克著名的輻射量子能量計算公式：

E=HV，那麼可以推導出：

MC^2=E=HV，所以V=MC^2/H

所以電子就存在一個頻率，也就說電子是個波，電子居然是個波....其實所有的微觀粒子行為都是波粒二象性，這點大家可以去翻翻量子力學，那麼當電子以V0速度前進時，它將伴隨一個相波：

V=C^2/V0

這個速度比光速快上很多倍，但不要著急，這個相波不傳遞任何信息，它並不違反相對論！這是德布羅意波，它的波長計算公式如下：

λ=(C^2/V0)/(MC^2/H)=H/MV0

紅點的速度為相速度，旅店的速度為群速度

所以它的速度比光速高很多倍，但卻不具任何傳遞信息的意義。

宇宙膨脹速度超過光速

目測這已經被大家科普N次了，宇宙膨脹速度其實並不高，根據2013年普朗克衛星測定的速度，大概只有67.15千米/秒·百萬秒差距，即宇宙在每隔326萬光年的距離上，膨脹速度才增加67.15千米/秒，如果將它計算到每千米上，簡直就是一個可以忽略不計的速度！

但事情就壞在宇宙實在太大了，假如按照當前速度膨脹的話，宇宙大約在145億光年外膨脹速度超過光速！而根據對宇宙的大小與形狀評估，現代天文認為宇宙是平坦且無限大的，所以這145億光年外膨脹速度超過光速就成了可能！

這個超光速仍然無法傳遞信息，是空間膨脹方向上的累積上的一個增量。

鬼魅般的量子糾纏

大家都認為量子糾纏能夠超越光速，其實這有不小的誤解。

其實關於量子糾纏最早是從愛因斯坦的EPR佯謬中引申出來的，這是愛因斯坦攻擊玻爾對於量子論的哥本哈根解釋不完備所提出的一個思想實驗！。1935年3月，愛因斯坦和波多爾斯基以及羅森三人共同在《物理評論》雜誌上發表了一篇論文，叫做《量子力學對物理實在的描述可能是完備的嗎？》提出了這個困擾了量子論將近半個世紀的難題！我們不妨來捋一捋這個好玩的實驗！

愛因斯坦和波多爾斯基與羅森

一個不穩定的大粒子衰變的兩個小粒子，然後在不觀測情況下將它們移動到宇宙的兩端，假設這種粒子有兩種分別為左右的自旋，那麼當其中一個粒子左旋時，另一個粒子必定會右旋，因為要保持總體守恆嘛！

那麼問題來了，此時已經在相隔遙遠的宇宙兩端，誰又能告訴這兩個粒子都必須相反自旋呢？所以愛因斯坦認為，當這兩個粒子在分離時狀態就已經是確定了的，否則就會違反相對論，出現不可描述的超距作用！

但玻爾認為兩個粒子在觀測尚未開展時，無論相距多遠都處在疊加態，當觀測時才會坍縮，因此距離對於這種鬼魅般的作用是不存在的！

簡單的說，玻爾認為在觀測以前無論相距多遠都是疊加態，當觀測時才會坍縮成為兩個不同的狀態，愛因斯坦沒有和玻爾一致的量子論認識層次，因此玻爾第一次有了一種秀才遇到兵的感覺，但玻爾只能嘲笑愛因斯坦和他認識不在同一個層次，因為EPR相繆的論證需要到45年後的80年代法國奧賽理論與應用光學研究所的阿斯派克特實驗才證明了玻爾的理論是正確的！

量子糾纏不屬於超光速，不過真正的超光速現象實在是司空見慣的，比如你拿支雷射筆，打開後划過月球，請問假如能看到光斑的話，這個光斑是否超過光速在移動？答案是肯定的，其實這就是相波的以一種表現形式，你無意中非常形象的展現了德布羅意的相波運動，你應該得「金酸梅獎」

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