量子糾纏速度比光速快萬倍違反了相對論嗎?

2020-11-22 時空通訊

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。

量子力學認為,當幾個粒子彼此相互作用後,粒子各自的個性就消失了,擁有了整體特性。這些粒子已經無法單獨描述各個粒子的性質,只能夠描述整體性質,這就是所謂的量子糾纏,或者叫量子纏結。

這群糾纏著的粒子集體特性即便把它們分開到很長距離,理論上可以無限遠,這種糾纏態還存在。其實所謂集體特性說起來也很簡單,就是這種糾纏主要表現在兩個糾纏粒子自旋方向相反,一般表述為一個上旋一個下旋,一個左旋一個右旋。這種狀態在人們沒有觀察時,不知道哪一個粒子是什麼狀態,兩個粒子處於零自旋的糾纏態,就是兩個直積態(product state)的疊加。狄拉克標記表述為:

其中的上下箭頭分別表示粒子自旋的上旋下旋。

宣揚量子糾纏速度和所謂「思維速度」一樣愚蠢。

量子糾纏超光速的來源就是:把兩個糾纏態的粒子分開,觀測其中一個粒子,就知道另外一個粒子狀態。知道了身邊這個粒子自旋方向,就知道了在遠方的那個粒子的自旋方向,不管這個粒子有多遠。

有人比喻為一雙手套,一隻左手套和一隻右手套,當裝著這兩隻手套的盒子沒有打開時,你不知道盒子裡的手套是左手還是右手,處於左右手都可能的「疊加態」。只有打開了一隻盒子,發現了其中裝的是左手套,立刻就知道了另外一隻是有手套。如果這隻盒子距離有1億光年,你也能夠立刻知道了。

但這種現象是不能與光速相提並論的。光速是行進的速度,量子糾纏只是猜謎的速度,就像有些人說思維有速度一樣,想到哪就到哪,其實一寸也沒有移動。如果一定要把量子糾纏與光速相比,怎麼能夠得出10000倍的倍數呢?前面說了1億光年你也立刻知道了,還不到一秒鐘就知道了1億光年遠的那隻手套,1個儒略年是31557600秒,1億年就是3155億秒,即便知道了那隻糾纏態手套花了1秒鐘,也比光速快了3155億倍。100光年呢?還更遠呢?

不確定性原理讓觀測成為測不準,因此毫無信息傳遞價值。

用手套打比只是比較形象,但手套是宏觀事物,與亞原子層次的粒子具有完全不同的性質。由於量子力學不確定性原理,測不準原理導致觀測必定影響量子運動行為,這就給量子糾纏形成了一個悖論。也就是說無論你觀測糾纏著的兩個粒子哪一個,都完全改變了這個粒子的運動狀態,從而無法同時知道粒子的確定位置或動量;同樣另一頭的那個被糾纏的粒子也無法觀測確定,因此量子糾纏完全沒有信息的傳遞和能量的傳輸,只能是量子力學裡面微觀世界性質的一種表述而已。

量子通信正是利用了量子不確定性原理,利用量子糾纏、量子不可克隆定理、隱形傳態等特性,進行密鑰分發,提升通訊安全保密程度而已,與量子糾纏的速度毫無瓜葛。

而且即便兩個量子糾纏能夠發生某種信息傳遞效果,那怎麼把糾纏著的某個粒子送到數光年以外去呢?要知道現在飛得最遠的旅行者1號飛了40多年,才走了223億千米,要飛出1光年半徑的太陽系,還需要飛17000多年呢。所以幻想著量子糾纏超光速的人們首先要想想怎麼把糾纏粒子送到光年以外。

真空光速是愛因斯坦為人類制定的物質運動速度天花板。

愛因斯坦狹義相對論根據科學界數百年積累的實驗數據和理論,通過質速關係,論證了真空光速是我們世界最快速度,是物質運動速度的天花板,無法突破;並且通過洛倫茲變換完美揭示了真空光速不變、光速恆定、光速不可疊加原理,使光速成為現代物理學的一個最重要常數,也是最重要的一根支柱。

但光速不變,光速極限是有前提的,就是物質靜止質量不為零,只要有靜止質量的物體,就無法達到光速。一個質子、一個電子、一個中微子也不行。狹義相對論認為,有靜止質量的物體如果達到光速,動能將會趨於無窮大。整個宇宙質能都不是無窮大,因此只能是個悖論。任何有靜質量物體不要說超過光速,只要達到了光速,整個世界就將崩潰。

質速關係公式表達為:m=m0/√(1-v/c)

式中,m表示相對論質量,m0表示靜質量,v代表物體運動速度,c為光速,準確值為c=299792458m/s。這個公式明確表示了物體慣性質量隨著運動速度的增加而加大,速度趨於達到光速時,慣性質量趨於無限大。

世界上存在或者可能存在的超光速現象,都不是物質運動。

而所謂的量子糾纏、宇宙膨脹、蟲洞穿越、曲速航行都不屬於物質運動速度,只是某種看似超過光速的現象,與物質運動速度無關。這些在時空通訊過去回答和文章中多有闡述,有興趣者可以前往查閱,這裡就不囉嗦了。

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  • 量子糾纏速度可超過光速的1萬倍,這與相對論不矛盾嗎?
    也就是說,無論處於糾纏態的粒子相隔是100公裡,還是1光年,疑惑是1萬光年,按照量子力學的觀點,原本屬於一個整體的糾纏粒子,在我們對其中一個進行測量確定其狀態後,另外一個就會立即轉變為與之相對反的對應狀態。
  • 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。
  • 量子糾纏速度起碼是光速的10000倍,違反相對論了嗎?
    很多朋友在舉例超光速案例時,切倫科夫輻射是必須舉例的對象,但它是介質中的超光速現象,並沒有在真空中超過光速!當然很多朋友又會舉例量子糾纏在任何狀態下都能超光速,而且就是實時的,遠不止光速的一萬倍!果真是這樣嗎?
  • 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。
  • 量子糾纏的速度超過光速了嗎?答案顛覆認知
    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!
  • 量子糾纏的速度超過光速了嗎?答案顛覆認知!
    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......
  • 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。
  • 量子糾纏的速度到底有多快
    量子糾纏是一種純粹發生於量子系統的現象;在經典力學裡,找不到類似的現象。量子糾纏的速度①:想認知量子糾纏的速度,首先來認知一下,我們目前知道的最快速度光速。我們知道在物理經典力學中,光速是當前認知最快的速度,為 30萬公裡每秒。地球赤道周長有4萬公裡。對於光速來說,一秒鐘就可以繞行7圈半。速度可以說是非常快。愛因斯坦曾今指出:「任何物質的速度都無法超越光速。」,因為根據相對論,速度越大,物體的質量就會越大。質量越大,加速需要的能力就越大。
  • 光速是最快的速度嗎?還有比光速更快的速度嗎?
    光速真的是極限速度? 我們常常聽到一個說法:光速是最快速度。但事實真的如此嗎? 其實並非如此,光速是最快速度是有條件的,而且有時它並不快,比如,契倫科夫輻射。在輕水中,光速還沒有帶電粒子的速度快。
  • 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。
  • 光速不可超越,為什麼宇宙膨脹和量子糾纏都比光速快?矛盾嗎?
    光速不可超越源自於愛因斯坦的狹義相對論,狹義相對論認為,任何沒有靜止質量的物體都會以光速進行運動,光子就沒有靜止質量,所以它就以光速運動。而對於擁有靜止質量的物體而言,不論它的質量是多少,都只能無限接近於光速,而不可能達到光速。這是為什麼呢?
  • 根據相對論,光速是信息傳遞的最快速度,但這些速度比光速還快!
    這個方程告訴我們這麼一個道理,隨著物體的運動速度加快,所需要給它加速的能量就越大,但逼近光速時,這個能量就需要無限大。其實,我們還可以換個角度來思考,根據相對論,物體運動的越快,質量就越大,所以要給質量大的物體加速其實更難一些,而物體接近於光速時,質量就達到了接近於無限大,那要加速當然就非常難。那這就意味著宇宙中不存在超光速現象了嗎?
  • 宇宙中有比光速還快的速度嗎?量子物理學家:量子糾纏比光快得多
    愛因斯坦的相對論認為:宇宙中沒有什麼東西的速度可以超過光速,光速是宇宙中最快的速度。但是量子物理學家卻不這麼認為,他們認為有一種速度就超過了光速,答案就是量子糾纏。什麼是量子糾纏呢?量子糾纏的意思就是兩個相關聯的粒子,無論他們相距有多麼的遙遠,當撥動其中的一個粒子,另一個粒子會不可避免的瞬間作出相應的改變。打個比方:有兩個相關聯的粒子,如果把一個粒子放在地球上,另外一個粒子放在太陽上,甚至是宇宙的盡頭,如果在地球改變這個粒子的狀態,另外一個粒子幾乎就在同時作出回應。這聽起來是不是非常的不可思議?認為這個只是科學家天馬行空的想像?
  • 量子「心靈感應」至少比光速快萬倍
    兩個處於糾纏態的量子,發生「心靈感應」有多快?近日,中科大潘建偉院士率領的團隊在國際上首次用實驗證明:在所有相對地球以千分之一光速或更低速度運行慣性參照系中,量子「心靈感應」速度至少為光速的一萬倍。成果日前發表在國際權威期刊《物理評論快報》上。  研究由潘建偉院士領銜的自由空間量子通信團隊的彭承志、張強研究小組完成。
  • 愛因斯坦提出光速是物質運動最高速,那還有比光速更快的速度嗎?
    這個原理說的是光在真空中的傳播速度對於任何參考系是不變的,與光源和觀察者的運動狀態無關。通俗點講,光對於無論速度多大的參考系仍然是光速,無論物體運動速度多快,光速總是比它快。也就是說,這個光速不變不是絕對不變,而是「水漲船高」的不變,因而物體運動速度永遠達不到光速,更不會超越光速。
  • 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。
  • 如果速度超過光速會有什麼後果?會和相對論衝突嗎?
    為什麼光速不可超越?我們現在知道光速大約30萬千米/秒,這速度實在是太快了,這導致了測量技術與手段缺乏的古代,認為光速是無窮大的,因為從現實中觀察到的光速都不要時間!,1676年木星衛星食的延遲原因的推測上他認為是光速有限速度所致,並且測量出光速大約是22萬千米/秒。
  • 如果速度超過光速會有什麼後果?會和相對論衝突嗎?
    我們現在知道光速大約30萬千米/秒,這速度實在是太快了,這導致了測量技術與手段缺乏的古代,認為光速是無窮大的,因為從現實中觀察到的光速都不要時間!宇宙中的超越光速的現象儘管說光速不可超越,但事實上宇宙中存在很多超光速現象,比如德布羅意波就是超光速的,還有你打著雷射筆,迅速划過天際,那個軌跡也同樣超光速了,那麼是否表示宇宙中光速可以超越,愛因斯坦的相對論錯了嗎?紅點以相速度運動,綠點以群速度運動。
  • 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