量子糾纏可達光速的10000倍,難道愛因斯坦的相對論錯了嗎?

宇宙時空探索 2024-04-10 15:44:34

簡單講,愛因斯坦的相對論沒錯,宇宙中的確存在光速限制,但量子糾纏的速度也並沒有違反光速限制。

量子糾纏明明已經遠超光速了,甚至超過光速的10000倍了,爲什麽沒有違反相對論中的光速限制呢?

因爲光速限制並不是絕對的,限制的只是能量和信息的傳遞速度,意思是說,人類攜帶能量和信息的速度都無法超過光速。言外之意,只要任何速度在傳播的過程中不涉及任何信息和能量的傳遞,當然可以盡情地超越光速。

而量子糾纏過程就不涉及任何信息和能量,當然可以超過光速。嚴格來講,量子糾纏無所謂速度,因爲糾纏的過程是瞬間完成的。

舉個例子,一對糾纏中的粒子,分別是甲粒子和乙粒子,兩個粒子相距非常遠,比如說分別位于銀河系的兩端,相距20萬光年。

兩個粒子都在自旋,在沒有觀測之前,都處于疊加態,也就是自旋方向同時朝上和朝下的疊加態。

當我們觀測其中一個粒子,比如說甲粒子,甲會從疊加態瞬間坍縮爲某一種確定狀態:自旋方向要麽朝上,要麽朝下,當然具體是哪個方向,完全是隨機的。

如果甲粒子自旋方向朝上,在我們觀測甲粒子的瞬間,乙粒子的自旋方向就會瞬間坍縮爲朝下,然後兩個粒子的糾纏態就結束了。

整個過程並沒有傳遞任何信息。比如說我在粒子甲附近,你在粒子乙附近。我觀測甲粒子的一瞬間,甲粒子的自旋方向從“既朝上又朝下”的疊加態瞬間坍縮爲朝上這一種確定狀態,那麽你看到的粒子乙會瞬間坍縮爲自旋朝下的狀態。

但是,你並不知道是我的觀測導致了粒子乙的波函數坍縮,因爲波函數坍縮是隨機的,只要你觀測粒子乙,就會隨機坍縮爲某種確定狀態。

也就是說,粒子的自旋方向是隨機的,不可控的,我並不能向遙遠的你傳遞任何信息,並不能向你表達任何東西,只是我們兩人都知道了對方身邊的粒子狀態,僅此而已。而且,一旦實施了觀測,兩個粒子的糾纏狀態就瞬間結束了,沒有任何關系了。

把兩個粒子換成一副手套就更好理解了。假說我看到的是左手套,那麽你看到的必然是右手套,我並沒有傳遞給你任何信息。手套與粒子不同之處在于,在我們觀測之前,粒子的狀態確實是不確定的,是疊加態。而手套的狀態其實早已經確定了,只是我們不知道而已。

說白了,量子糾纏並不能用于傳統的通訊,不能傳遞任何信息。

類似量子糾纏這樣的超光速,現實中也存在不少,看起來超光速,實際上沒有超光速,或者說沒有實際意義的超光速。

比如說,你擡頭看夜空,雙眼隨便轉一下,看到夜空中兩顆星星的距離,除以轉動的時間,得到的速度就可以輕松超過光速。

實際上這種超光速是沒有實際意義的,因爲你轉動前看到的星星發出的光,與你轉動後看到的星星的光很明顯不是同一束光。用物理學術語描述就是,低速旋轉物體的無意義投影的速度,看起來超光速了,其實並不違反愛因斯坦的相對論,類似的還有光斑和影子的速度等。

還有,速度的無意義疊加導致的“超光速”。

舉個例子就明白了。假設你和我分別是0.9倍光速的速度反向飛行,在其他人眼裏,我們的相對速度應該是1.8倍光速,這不是超光速了嗎?

實際上,上面所謂的“相對速度”就是無意義的速度疊加。所謂的速度只能存在于兩個坐標系之間,讓第三個坐標系來參與是沒有意義的,你和我的相對速度也並不是直接疊加,因爲你和我的速度非常接近光速了,低速狀態下的伽利略變換,也就是速度直接相加已經不適用了,必須用更精確的洛倫茲變換才行,結果並不會超過光速。

最後,宇宙膨脹的速度也是遠超光速的,這也是爲什麽宇宙138億年的曆史,可觀測宇宙直徑竟然達到了930億光年的原因所在,因爲宇宙自誕生以來一直在超光速膨脹,但膨脹過程並沒有傳遞任何信息,只是空間的膨脹而已。

就像不斷吹大的氣球,如果氣球上足夠大,兩個點遠離彼此的速度就可能超過光速,但這種超光速其實也是沒有意義的,並不違反相對論。

完。

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宇宙時空探索

簡介:用通俗的語言诠釋科學