量子糾纏真的超越光速嗎?或許事實並非如此

2020-12-03 太平洋電腦網

北京時間10月10日消息,據國外媒體報導,量子糾纏是量子力學中最令人困惑的領域之一,這是一個不為人知的物理領域,對於大眾而言它並非清晰易懂,並且知識結構複雜。

像這樣的晶體可以儲存糾纏態量子,它表明了非直覺量子力學的有效性。之前科學家對量子糾纏是否超越光速存有爭議,最新研究顯示,這種觀點可能存在一定的合理性。

甚至愛因斯坦本人也對微觀粒子的驚人表現感到困惑,他堅信我們從根本上誤解了宇宙量子力學。事實證明愛因斯坦的觀點是錯誤的,但是要解釋他哪裡出了問題,以及量子領域的真實狀況,仍需要一段時間。讓我們開始揭曉其中的謎團吧……

首要問題

量子力學最重要的經驗之一就是我們必須完全改寫我們的「粒子」概念,而不是在空間和時間上描繪一個堅硬、固體的精確點,目前科學家將粒子作為模糊概率(fuzzy probabilities),當我們尋找粒子時,會將所發現的粒子進行相應描述,但在我們進行測量之前,我們仍無法精確知道關於粒子的一切。

這些粒子模糊概率不僅僅適用於一個粒子的位置,它們也與粒子速度、角動量、旋轉等有關。如果我們對測量粒子感興趣,很可能我們不知道會提前獲得什麼發現。

粒子模糊概率也被稱為量子態(quantum states),它們是簡潔的數學方程,總結了我們想要探測粒子性質的所有概率。但是當兩個粒子共享一個量子態時,就令人非常費解。在某些情況下,我們可以用量子連接兩個粒子,因此這樣一個數學方程就能同時描述兩組粒子概率。

令愛因斯坦困惑的事情

最初,很可能只有學者才會關心,但是一些有趣的事物出現了,是兩個粒子所謂的「糾纏態」,在我們看來這是一個極為簡單,但卻令人驚訝的事實。

我們將準備超特殊糾纏量子態,這樣就可能有兩種可能的結果,在我們進行測量時,每一種結果都有一個50:50的完美機率。在第一個結果中,一個粒子存在向上旋轉,另一個結果是向下旋轉,此時的旋轉方向是相反的。

以上結論都非常正確,我們開始準備糾纏量子態測試,讓這些粒子以自由方式離開,並開始進行測量。

首次觀測粒子,我們發現一個旋轉指向。它很容易朝向下方,但這就像拋硬幣一樣,當我們正好趕上了朝向上旋轉的粒子。這將告訴我們第二個粒子的狀況嗎?由於我們非常仔細地排列糾纏量子態,我們目前百分之百地確定第二個粒子肯定是向下的。它的量子態與第一個粒子糾纏在一起,一旦出現一個啟示,就會發現這兩種情況。

如果第二個粒子在房間的另一側呢?或者在銀河系的另一邊呢?依據量子理論,一旦做出「選擇」,伴侶粒子將立即知曉是如何旋轉的,其通信速度可接近光速,而愛因斯坦則認為這是不可能實現的。

潘朵拉量子盒

對於愛因斯坦而言,量子力學顯然是錯誤的。1935年,他與鮑裡斯·波多爾斯基(Boris Podolsky)和南森·羅斯(Nathan Rosen)一起撰寫的簡短論文中,他使用了類似的思路指出新奇量子理論與自身不相符,這對於被廣泛認可的自然理論是一個嚴重打擊。愛因斯坦認為,量子力學並不能完全描述亞原子世界,而粒子攜帶著所謂的「隱藏變量」,使它們能夠在被測量之前協調其狀態。

但在幾十年的測試中,一次又一次地證實,並沒有這樣的隱藏變量。這些測試還顯示,這種「超距作用下的幽靈行為」確實是瞬間發生的。即使我們把糾纏粒子儘可能地分開,它也會這樣做。

但是物理學家仍然在討論光速是多麼地重要,以及沒有任何事物可以超越這種極限速度。難道我們沒有注意到這個明顯的矛盾嗎?

生活在量子世界

假如我保留一對糾纏狀態下粒子中的一個,將另一個粒子發送給你。像往常一樣,我研究我的粒子,執行所有最重要的測量,並發現一個向上旋轉的粒子。然後發出一束光,告訴你所發現了什麼。

但在光信號到達之前,你觀察你的粒子,測量量子理論下的向下旋轉粒子。但是由於我的信息還未到達,你不知道是否你是第一個看到該信息,或者只是隨機地得到一個向下旋轉或者如果我先打開將你的粒子強制性進入這個狀態。只有在對比分析之後,我們才發現兩個粒子是真正地糾纏在一起,對一個粒子的測量,完全依賴於另一個粒子。在這種交流分析之前,我們無法判斷我們是否在處理已經存在的粒子。

所以雖然解開量子糾纏的過程是瞬間發生的,但並沒有相關的任何跡象。我們必須使用傳統、不超過光速的通信方法,拼湊出量子糾纏所需的相關性。因此,愛因斯坦的宇宙速度極限被保留下來,同時從根本上講,量子的世界觀也是如此。(葉傾城)

相關焦點

  • 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?
  • 量子糾纏能夠「超越光速」,真的證明愛因斯坦的相對論錯了嗎?
    量子力學中最奇怪的現象就是量子糾纏。如果兩個電子最初是一致地振動的,一種稱為「相干」的狀態,它們可以保持波狀一致,哪怕它們被分隔開了很遠的距離。儘管兩個電子之間的距離可能要以光年計,仍然有一個看不見的薛丁格波聯繫著它們兩者,就像是一根臍帶。
  • 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?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。
  • 黑洞能夠吞噬光,量子糾纏探測黑洞可以嗎?事實真相是這樣的
    那麼黑洞是不是真的無法探測呢?如果有一種手段可以深入黑洞內部進行探測,或許會對黑洞有更多的了解。隨著人類科技的不斷進步,近年來,量子通信開始進行研究,並越來越火,量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通訊是近二十年發展起來的新型交叉學科,是量子論和資訊理論相結合的新的研究領域。
  • 光速並非不可超越,這些速度就比光速快!
    於是便有科學家猜測,光速真的是宇宙最快的速度嗎?雖然愛因斯坦相對論中描述光速是宇宙中最快的速度,但根據現代科學家們的研究,還是有一些速度能夠超過光速的!量子糾纏的速度量子糾纏是一種量子力學現象,在是1935年由愛因斯坦、波多爾斯基和羅森提出的一種波。簡單來講,就是兩個量子之間一旦建立起糾纏關係,那麼它們就像人類所說的心靈感應一樣,一個量子的行為會影響到另一個量子,無論它們距離多遠!
  • 量子糾纏的原理是什麼?真的可以「超光速」嗎?
    這個奇怪的宇宙現象,通常被稱為"量子糾纏"。愛因斯坦認為即使尺度很小,也仍然必須通過光、能量、波等來傳遞信息,但事實並非如此。兩個亞原子粒子以某種方式連結在一起,即使兩個粒子相距很遠,更改一個原子也會立即更改另一個原子。這種莫名其妙的現象被稱為「量子糾纏」,這個術語最初是由量子世界的另一位早期運用者和理論家歐文·薛丁格(ErwinSchrödinger)創造的。
  • 超越光速的存在,鬼魅般的超距作用,量子糾纏!
    你可能聽說過光速是最快的,沒有什麼能超越光速。但隨著科學的發展,量子理論的逐漸深入,有個量子糾纏的詞慢慢被我們熟知,聽說比光速還快,非常牛,以致連愛因斯坦都不相信,稱它為幽靈般的超距作用,那麼量子糾纏到底是什麼呢假如現在有兩個球,1個紅色和1個藍色,兩個盒子,A和B放在現實中就很簡單很好理解,當把兩個球分別放到兩個盒子後,當我們打開A盒子發現是紅色那麼我們瞬間就肯定
  • 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。在量子力學中,有一個神奇的量子糾纏現象,該現象表明無論相距多遠的糾纏態粒子,都能保持著相互聯繫,當一方的波包塌縮時,另外一方也會塌縮成單一態。而且科學家已經用實驗證明,量子糾纏的傳遞速度是超光速,或者說根本就沒有傳遞過程,量子糾纏效應就是瞬時的,完全無視空間距離。
  • 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?
  • 光速為什麼無法被超越?
    其中關於不能超光速準確的描述如下:有靜止質量的物體永遠達不到光速,理論上只能無限接近於光速,光子由於沒有靜止質量可以為光速;例如現代的各種通信極限就是光速。我們知道光速約為30萬公裡每秒,為什麼我們無法超越這個速度呢,光速真的無法被超越嗎?
  • 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。
  • 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?
  • 量子糾纏的速度超過光速了嗎?答案顛覆認知
    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?,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!
  • 量子糾纏的速度超過光速了嗎?答案顛覆認知!
    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?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?》
  • 光速並不是宇宙中最快的速度,而這些東西都超越了光速
    如果速度增加到光速一樣了,那麼這個物體的質量就會趨於無窮大。愛因斯坦也同樣認為,光速是宇宙中最快的速度,而想要把物體加速到光速只有質量是0的物體或許才可以做到,有一點質量的物體想要加速到光速是完全不可能的。光速和宇宙膨脹具備超越光速的條件,就是必須0質量的天體,所以想要找到超越光速的天體,是根本不可能的事情。
  • 不能超越光速?科學家已發現多種超越光速的存在
    任何物質都不能超越光速,這個定理我們都快印到骨子裡了。可是,真是這樣嗎?還記得大學上物理課時,老師說,光速是物質能達到的最快速度,我當時就特別懷疑這個說法。為啥啊?因為歷史上凡是聲稱XX是最XX的,最後都被時間給淘汰了。
  • 科研團隊證實量子糾纏 或打破愛因斯坦光速原理
    量子真的也糾結!近一個世紀以來,科學家一直在為「量子糾纏」(quantum entanglement,有譯為「量子纏結」現象)而糾纏不休,因為這種微觀物理現象似乎不遵守物理學基本定律——光速不變,而被愛因斯坦斥為「幽靈般超距作用」 。今年年初,「量子糾纏」還被列為「21世紀十大待解科學謎團」之一。
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    (原標題:利用量子糾纏能實現超光速通信嗎?) 雖然量子糾纏這種「幽靈般的超距作用」的確存在,但我們卻無法利用它來實現星際超光速通信。
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    物體進行運動,是可以無限地接近光速,但是卻永遠都無法達到光速。科學家表示,由於受到了限制,在宇宙當中,目前最快的速度就是光速。這樣就引起了很多人的質疑,究竟是什麼原因,使得人類一直無法超越光速呢?其實這個道理很簡單,愛因斯坦以簡單的話語,就解釋了這個問題。
  • 量子糾纏和相對論的愛恨情仇
    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。,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。