藏文科普 | 超光速可以實現嗎？

作者/陳鯤

在很多科幻電影中，超光速司空見慣，而在已知的科學界中，嚴格的超光速是不可能發生的。自麥克斯韋發現、赫茲證實光與電磁波具有相同的、不變的光速開始，光速不變成為現代科學的基石。儘管絕大多數人相信實物粒子與信息無法超光速，但仍有人孜孜不倦地尋找超越光速的粒子。2012年，歐洲科學家聲稱發現了超越光速的粒子，但之後被證實是實驗誤差。

事實上，無法超越光速是由因果律保證的。最常見的、人們誤以為是超光速的主要有2種：一種是宇宙膨脹速度超光速，而相對論要求的是實物粒子與信息無法超光速，這並不矛盾，空間膨脹速度是可以超光速的，這同時也表明有很大一部分宇宙我們永遠無法觀測到。

另一種則是量子糾纏。在討論量子糾纏前，我們先認識一下量子理論的一個基本假設——波函數假設——即粒子在被觀測前是不確定的，一旦我們對其進行測量，波函數便會塌縮成具體的狀態。就好像我們擲骰子前，骰子的點數是未知的，一旦我們擲下骰子，骰子便會呈現出具體的點數。

量子隱形傳態示意圖

量子糾纏是指兩個粒子存在量子關聯，無論我們把兩個粒子放在多遠的位置，一旦我們測量其中一個粒子狀態，另一個粒子狀態便會確定下來。有好事者稱之為超光速。的確，這種糾纏作用是瞬發的，但也不能稱之為超光速。就好比我們一出生，爸爸便具備了父親的身份。即使相隔萬裡，這種身份變化也是瞬發的。量子糾纏的一個典型應用是量子隱形傳態。量子隱形傳態是指利用兩個粒子A和B之間的糾纏作用，假設C、A處於一處，B處於另一處，則C的量子態一部分通過AB糾纏傳到B，另一部分則通過經典通道傳到B，由於必須經過經典通道，因此無法超光速。經典通道的載體可以是光、聲、引力等。量子隱形傳態是量子通信中簡單的一種，研究隱形傳態是實現全球化量子通信的前提。