相對論不允許超光速,那量子糾纏和引力波超光速了嗎?

2020-12-06 星宇飄零

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。

那麼量子糾纏和引力波超光速了嗎?這其實是兩個問題,我們必須分開討論,因為兩者的性質完全不同。

量子糾纏

量子糾纏最早是由愛因斯坦提出的,用以質疑玻爾為首的哥本哈根學派對波函數坍縮的概率解釋。他從哥本哈根學派認為在被測量到之前,微觀粒子不存在確定的狀態出發,提出了這麼一種情況:

通過特殊的方式,我們可以得到一對狀態(量子態)互相糾纏的光子,為了方便理解,我們可以假設這對光子的自旋方向一個是上旋,一個是下旋。我們可以把這對光子通過光路分開到一定的距離,比如1光年。然後對兩者分別進行測量。根據哥本哈根解釋,在其中一個光子被測量到的那一刻,狀態才會確定,也就是當我們在A點測量光子a時,它才隨機坍縮到一個自旋態,比如為上旋,那麼基於糾纏的特性,在1光年外的B點處的光子b就應該會是下旋。所以當我們通過以糾纏光子的發射點作為標準進行時間校準後,在相隔1光年的AB兩點同時進行測量,那麼將會分別測量到一個上旋和一個下旋的光子,而肯定不會同時測量到兩個上旋或兩個下旋的光子。

(量子糾纏)

那麼問題來了,此時ab兩個光子相距已經有1光年遠了,它們是怎麼做的瞬間隨機坍縮到一個狀態而又能保證互為相反的呢?如果a、b光子確實是被測量那一刻自旋態才被確定並且完全隨機的話,那a、b之間就必須存在某種關聯讓雙方知道對方的狀態,而這種關聯是瞬時的,也就是超光速的,這就違背了狹義相對論裡的信息傳遞不能超光速了。

於是愛因斯坦以此向玻爾為首的哥本哈根學派發起挑戰:是放棄狹義相對論還是放棄哥本哈根詮釋?

在愛因斯坦看來,如果要承認狹義相對論的正確性,那麼互相糾纏的光子應該在分開的那一刻狀態就已經確定,這樣無論它們之後分開多遠,都能在測量時得到相反的自旋態。所以他認為哥本哈根學派認為光子的狀態在被測量時才確定的說法是錯誤的。

(愛因斯坦和玻爾)

然而玻爾並不這麼認為,他堅持哥本哈根詮釋的正確性,他指出,在測量前不存在兩個光子的波函數,而是只有一個波函數,只有當其中一個光子被測量到時,這個唯一的波函數才隨機坍縮為確定的兩個光子。既然只有一個波函數,隨機坍縮的兩個光子的狀態自然是同時確定的,但這不需要在兩個光子間傳遞信息,因為坍縮前只有一個波函數。這其實跟單個光子的波函數坍縮是完全一樣的,單個光子在被測量前波函數瀰漫在整個空間任何可能的地方,但一旦測量,它就從全空間坍縮到一個確定的位置,並且是唯一的位置,它無需告知別處所有可能出現的地方的「自己」不要出現。

在這種解釋裡,兩個光子之間是不傳遞信息的,而由於其坍縮前無法確定狀態,因此光子本身也不攜帶信息,而由於測量即坍縮,因此也不能提前錄入信息。既沒有傳遞信息,也沒有攜帶信息,也不能錄入信息,量子糾纏自然就根本不存在超光速傳遞信息了。

引力波

量子糾纏沒有超光速那引力波呢?這個問題分兩種情況。

首先引力波傳播速度等於光速這是廣義相對論得出的結論,雖然它其實是利用光速常數c強行規定的,但是在多次引力波事件的測量中已經證明,引力波傳播速度就是光速!特別是雙中子星合併引力波事件,由於引力波和多波段電磁波接收到同一信號,因此已經非常確定引力波傳播速度與電磁波波速,即光速一致!

(雙中子星合併)

但是在引力波問題上還存在另一種情況,就是宇宙膨脹。

我們知道根據天文觀測,宇宙正以大約70km/s/Mpc的速度膨脹,這就導致宇觀尺度下兩點間的距離在漸漸拉大,因此在引力波源處發出引力波後,引力波沿空間傳播過程中,空間距離被拉大了。距離變了那引力波速度怎麼算?這問題其實跟宇宙膨脹下的光速是同一個問題。很顯然,如果忽略掉宇宙膨脹本身的距離增加問題,宇觀尺度下的引力波和光速都將下降,也就是都將低於真空光速常數c。這是很容易理解的,比如說一個距離地球1億光年的雙中子星發生碰撞,那麼伽馬射線暴和引力波將以光速向地球傳播,這將需要1億年時間,然而在這1億年的傳播過程中,雙中子星與地球之間的空間在不斷膨脹,距離在不斷增加,那麼它還能在1億年時到達地球嗎?顯然不可能,不然就超光速了。實際情況是引力波和伽馬射線暴都將超過1億年後才能到達地球,如果此時我們依然按照靜態宇宙的距離1億光年來計算,那引力波和伽馬射線暴都將低於光速了……

但實際上當我們引入考慮了宇宙膨脹的距離定義,問題就迎刃而解了,引力波和伽馬射線暴依然剛好就是光速c

(宇宙膨脹導致空間距離增加)

結論

綜上分析,量子糾纏和引力波都沒有超光速,量子糾纏壓根不存在速度問題,它既沒有能量傳遞,也沒有信息傳遞。而引力波速度則嚴格等於光速,這已經在天文觀測中得到嚴格證實了

相關焦點

  • 量子糾纏超光速,相對論不允許超光速,兩者衝突嗎?
    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。
  • 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。
  • 量子糾纏和宇宙暴脹都遠超光速,為什麼不違背相對論?
    看科幻電影的時候,經常會出現超光速的情節,比如超光速曲率引擎什麼的。當你學到大學物理的時候,才明白現代物理學並不允許物質的運動速度超過光速。於是你會感嘆:科幻畢竟是科幻。其實不然,超光速現象在宇宙中比比皆是。大家請注意我的用詞,不可超光速指的是物質的速度極限。而宇宙中還包含其他速度概念,它們並非是物質現象。
  • 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?
  • 愛因斯坦錯了嗎?十大超光速現象真實存在,推翻愛因斯坦的相對論
    愛因斯坦的狹義相對論提出「所有物體的速度都不可能超越光速」這一理論,真的是正確的嗎?接下來我們來看看這十種打破相對論的現象。在我們的現實生活中,超光速現象其實並不罕見,在微觀和宏觀世界都有所體現。第一種:心電感應現象這就是我們所說的雙胞胎感應。
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    愛因斯坦的狹義相對論提出「所有物體的速度都不可能超越光速」這一理論,真的是正確的嗎?接下來我們來看看這十種打破相對論的現象。這種現象,不就是超光速的「量子糾纏效應」的宏觀體現嗎?第五種:量子糾纏效應量子糾纏被愛因斯坦稱為「幽靈般的超距離作用」,小編認為也可以稱其為「超光速的幽靈感應
  • 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。
  • 愛因斯坦說光速是宇宙中最快的,為何有人認為引力波超光速?
    我們都知道光速是宇宙中最快的速度,在愛因斯坦的相對論中,愛因斯坦曾經多次提及不可能存在比光速還要快的物體,根據實驗,光的速度約為30萬公裡/秒,不過即使人類日後可以實現光速飛行,也沒有辦法真正的去往宇宙中任何一個地方。
  • 量子隧道效應超光速了嗎?
    量子力學中的量子隧道效應》中,我們了解了什麼是量子隧道效應。其中講到α粒子根據量子隧道效應從原子核穿出去,那麼這個穿過屏障的速度有多快呢?根據我們所知,這個穿越過程是瞬時的,也就意味著超光速了。LEGO是發現引力波的幹涉儀,雷射束以直角向下傳送,之後再匯聚至一處。
  • 相對論+超光速→量子力學?
    狹義相對論時空可以允許超光速參考系的存在嗎?在超光速觀者的視角中因果關聯會產生怎麼的變化?這些因果關聯的變化又與量子理論中的概率詮釋有什麼瓜葛?量子力學中那些沒來由的隨機塌縮、鬼魅般的超距糾纏、令人費解的多路徑傳播……種種怪異表現,無一不是對確定性因果關聯這一物理學律令的乖張挑釁。
  • 相對論+超光速→量子力學? - 返樸
    狹義相對論時空可以允許超光速參考系的存在嗎?在超光速觀者的視角中因果關聯會產生怎麼的變化?這些因果關聯的變化又與量子理論中的概率詮釋有什麼瓜葛?撰文 | 董唯元量子力學中那些沒來由的隨機塌縮、鬼魅般的超距糾纏、令人費解的多路徑傳播……種種怪異表現,無一不是對確定性因果關聯這一物理學律令的乖張挑釁。與之形成鮮明對比的是,相對論不僅自己是恪守律令的模範,甚至還在一定程度上扮演著維護者的角色。
  • 盤點超光速理論:宇宙膨脹、量子糾纏、蟲洞及曲相推進
    人類的宇宙飛船加速到光速,到達距離太陽系最近的恆星系統半人馬座阿爾法星(距離地球約4.3光年)並返回,也需要近十年的時間。人類進行星際殖民必須突破光速。光速是可以突破的嗎?為了突破光速科學家提出了許多超越光速的理論。第一,相對論限定,物體在空間中運行速度不能達到或超越光速,但沒有限定時空本身,所以宇宙暴漲速度能超過光速。
  • 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?
  • 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?
  • 相對論+超光速→量子力學?
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