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量子纠缠可达光速的10000倍,难道爱因斯坦的相对论错了吗?

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简单讲,爱因斯坦的相对论没错,宇宙中的确存在光速限制,但量子纠缠的速度也并没有违反光速限制。



量子纠缠明明已经远超光速了,甚至超过光速的10000倍了,为什么没有违反相对论中的光速限制呢?

因为光速限制并不是绝对的,限制的只是能量和信息的传递速度,意思是说,人类携带能量和信息的速度都无法超过光速。言外之意,只要任何速度在传播的过程中不涉及任何信息和能量的传递,当然可以尽情地超越光速。



而量子纠缠过程就不涉及任何信息和能量,当然可以超过光速。严格来讲,量子纠缠无所谓速度,因为纠缠的过程是瞬间完成的。

举个例子,一对纠缠中的粒子,分别是甲粒子和乙粒子,两个粒子相距非常远,比如说分别位于银河系的两端,相距20万光年。

两个粒子都在自旋,在没有观测之前,都处于叠加态,也就是自旋方向同时朝上和朝下的叠加态。



当我们观测其中一个粒子,比如说甲粒子,甲会从叠加态瞬间坍缩为某一种确定状态:自旋方向要么朝上,要么朝下,当然具体是哪个方向,完全是随机的。

如果甲粒子自旋方向朝上,在我们观测甲粒子的瞬间,乙粒子的自旋方向就会瞬间坍缩为朝下,然后两个粒子的纠缠态就结束了。

整个过程并没有传递任何信息。比如说我在粒子甲附近,你在粒子乙附近。我观测甲粒子的一瞬间,甲粒子的自旋方向从“既朝上又朝下”的叠加态瞬间坍缩为朝上这一种确定状态,那么你看到的粒子乙会瞬间坍缩为自旋朝下的状态。



但是,你并不知道是我的观测导致了粒子乙的波函数坍缩,因为波函数坍缩是随机的,只要你观测粒子乙,就会随机坍缩为某种确定状态。

也就是说,粒子的自旋方向是随机的,不可控的,我并不能向遥远的你传递任何信息,并不能向你表达任何东西,只是我们两人都知道了对方身边的粒子状态,仅此而已。而且,一旦实施了观测,两个粒子的纠缠状态就瞬间结束了,没有任何关系了。



把两个粒子换成一副手套就更好理解了。假说我看到的是左手套,那么你看到的必然是右手套,我并没有传递给你任何信息。手套与粒子不同之处在于,在我们观测之前,粒子的状态确实是不确定的,是叠加态。而手套的状态其实早已经确定了,只是我们不知道而已。

说白了,量子纠缠并不能用于传统的通讯,不能传递任何信息。

类似量子纠缠这样的超光速,现实中也存在不少,看起来超光速,实际上没有超光速,或者说没有实际意义的超光速。

比如说,你抬头看夜空,双眼随便转一下,看到夜空中两颗星星的距离,除以转动的时间,得到的速度就可以轻松超过光速。

实际上这种超光速是没有实际意义的,因为你转动前看到的星星发出的光,与你转动后看到的星星的光很明显不是同一束光。用物理学术语描述就是,低速旋转物体的无意义投影的速度,看起来超光速了,其实并不违反爱因斯坦的相对论,类似的还有光斑和影子的速度等。



还有,速度的无意义叠加导致的“超光速”。

举个例子就明白了。假设你和我分别是0.9倍光速的速度反向飞行,在其他人眼里,我们的相对速度应该是1.8倍光速,这不是超光速了吗?

实际上,上面所谓的“相对速度”就是无意义的速度叠加。所谓的速度只能存在于两个坐标系之间,让第三个坐标系来参与是没有意义的,你和我的相对速度也并不是直接叠加,因为你和我的速度非常接近光速了,低速状态下的伽利略变换,也就是速度直接相加已经不适用了,必须用更精确的洛伦兹变换才行,结果并不会超过光速。

最后,宇宙膨胀的速度也是远超光速的,这也是为什么宇宙138亿年的历史,可观测宇宙直径竟然达到了930亿光年的原因所在,因为宇宙自诞生以来一直在超光速膨胀,但膨胀过程并没有传递任何信息,只是空间的膨胀而已。



就像不断吹大的气球,如果气球上足够大,两个点远离彼此的速度就可能超过光速,但这种超光速其实也是没有意义的,并不违反相对论。

完。

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