量子糾纏和相對論的愛恨情仇

2020-12-01 科學探秘頻道

量子糾纏坍塌的速度是超距的，不需要時間的，所以在某種意義上說量子糾纏速度是超過光速的也無可厚非。

量子糾纏

愛因斯坦是最早研究這種糾纏想像的科學家，但是愛因斯坦並不是為了研究量子糾纏而研究，他僅僅是想藉此糾纏現象來反駁整個量子理論：在1935年，他和一個博士後研究員按照當時的量子理論推導出來兩個量子之間可以存在一種強關聯性質（這種強關聯愛因斯坦當時並沒有給它們命名，其實質就是量子糾纏），愛因斯坦認為這種強關聯的結果就會導致超越光速的信息傳遞，所以反推出來當時的量子理論並不完善，還有瑕疵，而量子糾纏根本就不存在。量子理論應該是像牛頓力學一樣接近真理，但不是真理，量子理論背後還隱藏著一套真正正確的理論。這是愛因斯坦當時的推論，之後被薛丁格看到，他深受感觸並仔細研究了愛因斯坦所提出的量子強關聯性，並命名為量子糾纏。

愛因斯坦

基於當時愛因斯坦的權威性，很多科學家都認同愛因斯坦的觀點，認為量子糾纏之間信息傳遞的速度大於光速顯然是不對的，量子糾纏理論應該存在但實際卻不會存在。但是苦於沒有實際的實驗來確證量子糾纏不存在，所以兩大陣營也僅僅是打打口水仗。幸好之後的天才科學家貝爾提出了一個絕妙的實驗來驗證量子糾纏，並總結了一個可以驗證量子糾纏是否成立的公式：貝爾不等式。科學家們儘量克服誤差，結果每次實驗結果都證明量子糾纏確實存在，愛因斯坦提出的問題並不成立!

貝爾不等式
利用貝爾不等式驗證量子糾纏

但是，量子糾纏速度超越光速卻是毋庸置疑的，為了調和和相對論的矛盾，科學家們不得不換個角度看待量子糾纏：量子糾纏之間不會傳遞信息，也不能夠傳遞信息，糾纏的兩個量子只會以一定概率來選擇自己的狀態，這種行為不是信息的傳遞過程，因此並不違反相對論。

量子糾纏「作用」示意圖

當然了，相對論和量子力學的矛盾不僅僅限於此，或許還真的正如愛因斯坦認為的那樣，量子理論並不完善。當然了，也有可能是相對論並不完善。你認為呢？

相關焦點

  • 量子糾纏和相對論真的是矛盾的嗎?
    愛因斯坦創立的相對論認為物體的運動速度不可能超過光速，光速是宇宙中一切運動的最高速度。但是，量子力學中的粒子糾纏現象具有超光速特點，似乎和相對論是矛盾的。科學史上最不可思議的就是量子力學理論預測的「量子糾纏」。量子糾纏是從量子力學的方程式中得出來的，然後經過試驗證實。
  • 量子糾纏速度遠超光速,相對論和量子力學到底哪個有問題?
    在量子力學中需要用函數來表示體系的狀態。假設一個體系是由兩個粒子組成的，描述這個兩粒子體系的函數可以表示成描述各個粒子的函數的積的形式，這個體系的態就是直積態。如果不能表示成描述各個粒子的函數的積的形式，這個體系就處在糾纏態。
  • 量子糾纏超光速,相對論不允許超光速,兩者衝突嗎?
    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。
  • 相對論說光速不能超越,那麼量子糾纏和引力波超光速了嗎?
    量子糾纏的影響是瞬時的，引力波的傳遞速度是光速。相對論描述了在我們宇宙中，有效信息的傳遞速度最快為光速；從愛因斯坦的引力場方程，也可以得到引力波的傳遞速度為光速，這點已被天文觀測所證明。比如在2017年10月16日，人類觀察到的雙中子星合併事件，就距離地球1.3億光年，電磁波和引力波幾乎同時到達地球，證明了引力波的傳遞速度為光速。
  • 相對論不允許超光速,那量子糾纏和引力波超光速了嗎?
    在愛因斯坦建立狹義相對論以後，就從狹義相對論裡得到了有質量物體無法通過有限加速達到光速的推論，另外也得出無質量物體必定以光速運動，基於這兩點就能推論出能量和信息傳遞速度也不能超過光速，可以說能量和信息傳遞不能超光速就包含了前面兩個推論，因此通常我們提到狹義相對論不能超光速時，只要理解成能量和信息傳遞不能超光速就可以了
  • 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。
  • 量子糾纏超光速,為什麼沒有違反愛因斯坦的相對論?
    在潘建偉等科學家的領導下，我國已經在量子通信技術領域實現了突破，處於國際領先地位。量子糾纏的概念也隨之火熱了起來。愛因斯坦的狹義相對論認為：光速不可超越，任何物體的運動速度都不能超過真空中的光速。截止目前，沒有發現任何違反相對論的物理現象。
  • 量子糾纏超光速，為什麼沒有違反愛因斯坦的相對論？
    在潘建偉等科學家的領導下，我國已經在量子通信技術領域實現了突破，處於國際領先地位。量子糾纏的概念也隨之火熱了起來。 愛因斯坦的狹義相對論認為：光速不可超越，任何物體的運動速度都不能超過真空中的光速。截止目前，沒有發現任何違反相對論的物理現象。處於糾纏狀態的兩個粒子之間的感應速度比光速快，但這並沒有違反相對論。這是怎麼回事，讓我們來詳細了解一下。
  • 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？
  • 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。
  • 量子糾纏突破人類想像,超越相對論對光速的限制,卻並不違背
    狹義相對論：光速是不能被超越的，量子物理就打破了這種局限！愛因斯坦的著名的狹義相對論，用科學的方法解釋了光速的定義，同時也定義了物體的速度是不可能超過光速的，顯然量子物理學就打破了這種界限，因為量子糾纏獨有的特性，無論距離多遠，一對量子只要一方有變化，那麼另一個一定會做出相應的變化，這個反應速度要遠遠的大於光速。難道狹義相對論是錯誤的？
  • 量子糾纏還是愛恨糾纏？玻爾和愛因斯坦的世紀之爭
    量子糾纏的起源1905年。在愛因斯坦和玻爾的工作基礎上，沃納海森堡引入了矩陣方程，從當時日益流行的量子力學物理模型中去掉了空間和時間的基本元素。在這項工作的基礎上，馬克斯·伯恩在第二年提出，力學最有效的理解不是因果關係，而是由概率引起的行為，而不是明顯的因果關係。次年，隨著海森堡對散射問題薛丁格方程的解，現在著名的海森堡不確定原理被引入，導致伯恩和海森堡宣稱量子力學現在是「完整和不可撤銷的」。
  • 量子糾纏和宇宙暴脹都遠超光速,為什麼不違背相對論?
    狹義相對論的出發點也是以真空中光速不變作為基本公設，愛因斯坦並且直接引用了洛倫茲因子作為時間膨脹、尺縮效應和質速關係的基本因子。但是我們必須要注意，狹義相對論中的洛倫茲因子為1/(1－v/c)，這就要求分母項(1－v/c)不為零。而分母項中只有v一個變量，c為真空光速(常數)。那麼為了不讓分母項為0，v只能小於光速c。
  • 相對論或許將被顛覆?芬蘭物理學家首次在宏觀物體上實現量子糾纏
    大家好，歡迎收看量子科普第119期，今天和大家聊一聊關於芬蘭物理學家首次在宏觀物體上實現量子糾纏的那些事兒。愛因斯坦是二十世紀初量子力學的締造者之一，但愛因斯坦卻對於微觀量子世界中一種現象十分不解，甚至多次質疑過這種現象存在的合理性，這種現象就是微觀量子世界中的量子糾纏現象，處於糾纏系統內的兩個或多個粒子可以保持詭異般的聯繫，這種聯繫既不受時間的約束，又不受空間的束縛，即使處於糾纏系統的粒子，一個在地球，另一個遠在銀河系的邊緣，它們也可以根據對方的變化而做出相應的變化
  • 科普:什麼是量子糾纏和量子計算?
    神奇的量子糾纏　　量子世界很神奇，比如在量子通信中起著重要作用的「量子糾纏」，曾被愛因斯坦等科學家稱作「幽靈般的超距離作用」。美國科學家、諾貝爾物理學獎獲得者弗蘭克·維爾切克曾用《格林童話》中《兩兄弟》故事打比方：「量子糾纏」就像一對有「心靈感應」的雙胞胎，長得分不清彼此；他們也心靈相通，即便天各一方，弟弟有難，哥哥即刻得知。　　量子糾纏是一種違反經典物理常識的量子現象。
  • 蟲洞與量子糾纏
    為了解決黑洞火牆的這個悖論，兩位作者在論文中做出了一個大膽的論述，而這有可能正是使量子力學與廣義相對論相融洽的關鍵。引發黑洞火牆悖論的起點在於量子糾纏現象，這種現象是在微觀領域由量子力學描述的一種奇特現象：兩個處於糾纏態的微觀粒子，無論它們之間相隔多遠，它們的狀態始終可以超越空間相互影響。
  • 如何理解量子糾纏,量子疊加和量子塌縮
    量子力學苦澀難懂，很多人都避而不談，今天我就冒天下之大不韙聊一下量子糾纏，量子疊加及量子塌縮。大家對量子力學最熟悉的可能是愛因斯坦和波爾的一段對話，愛因斯坦說：「上帝是不擲色子的"。波爾又駁道："別去管上帝能做什麼"。愛因斯坦和波爾是上個世紀的兩位科學巨人，他們爭論的就是量子力學。
  • 什麼是量子糾纏？
    墨子號實驗衛星的上天，讓量子糾纏一詞迅速傳播到大街小巷，然而對於這樣一個專業的詞彙，很多人並不明了其中的物理含義，老郭想利用此篇文章，給大家科普一下，什麼是量子糾纏？所謂的波函數，用Ψ（音：普西）表示，是一個坐標和時間的複函數，其絕對值（模）的平方對應於微觀粒子在空間某處出現的概率密度。波函數即不是粒子形狀的描述也不是粒子軌道的描述，這是很多科普作者常常弄錯的地方。波函數的出現代表著量子力學徹底擺脫了經典物理的束縛，成為了一門獨立的學科。
  • 量子比特與量子糾纏
    量子比特與量子糾纏 施鬱 近年來，基於量子疊加的量子信息和量子計算得到很大發展。 正如比特是信息和計算的單元，量子信息和量子計算的單元是量子比特。我們將一個可能是0或1的數字叫做1個比特。與此類似，1個量子比特可能的基本狀態是|0>態和|1>態，量子疊加態的一般形式是 a|0>+b|1>。
  • 科學猜想:蟲洞理論和量子糾纏有關?
    目前有兩種理論: 量子力學(宇宙中最小尺度的東西)和廣義相對論(宇宙中最大尺度的東西)。科學家一直在找可以結合這兩個理論在一起的理論。　　愛因斯坦的廣義相對論推測有蟲洞(也曾叫愛因斯坦– 羅森橋Einstein-Rosen bridges)的存在。原則上這可以把宇宙扭曲，然後把宇宙中任何的一個洞串聯變成捷徑，科幻故事裡常出現的東西。