• 首页>
  • 科学探索>
  • 比光速还快一万倍,瞬时的量子纠缠,是否违反了相对论?

比光速还快一万倍,瞬时的量子纠缠,是否违反了相对论?

2025-02-18 11:44:09阅读量:5 字体:

薛定谔的猫一定不少人都听过,这可以说是物理学最诡异的实验了。

假如我们把一只猫放进一个密闭的箱子里,箱子里有一个原子核和一个毒气设施,这个原子核有50%的几率发生衰变,当它衰变时就会释放一颗粒子,该粒子将会触发毒气设施,把猫毒死。

但假如原子核没有发生衰变,没有触发毒气,猫也就不会被杀死,所以在这种状态下,只要我们不打开盒子,猫就处于既活着又死了的叠加状态。

这就是诡异的量子力学,其中的量子纠缠更是据说能够超光速一万倍,光速是宇宙中最快的速度,为何量子力学能够打破它?

量子力学著名实验双缝干涉为什么能让物理学家的世界观受到震撼,它到底讲述了什么现象?

说起量子力学,那一定离不开著名的双缝干涉实验,与其说该实验让人毛骨悚然,不如说我们解释不了实验的结果。

双缝干涉实验的初衷很简单,就是想看看光究竟是一种波还是一种粒子,实验原理也很通俗易懂,我们在两条平行的狭缝前面放置一个光源发射器,让光子通过两个狭缝,狭缝后再放置一个背景板。

比光速还快一万倍,瞬时的量子纠缠,是否违反了相对论?

假如光是粒子,光打在背景上板的将是与狭缝对应的两条条纹,假如是波,最终就会呈现像水波一样明暗相间的条纹。

起初科学家发现单个光子也会出现干涉条纹,这证明了光是一种波,于是就想知道单个电子是如何通过狭缝的,就在后面放了探测器,检测电子从哪条缝通过。

但诡异的事发生了,当科学家具体去观测光子时,光又变成了粒子,在背景板形成两条条纹,往后的实验都是如此,彷佛光子知道你在观察它,就会给你具体的路径。

以玻尔,海森堡为代表的哥本哈根学派试图解释这种现象,并起名为叠加态,即粒子的波动性和粒子性会叠加在一起,除此之外还有自旋,偏振,位置,等其他物理性质,只要你不测量它,它就一直处于各种叠加态中,每个单独的粒子都有叠加态。


为了更加易懂一些,我们以一个高尔夫球来举例,当没有人观察它时,这个高尔夫球可以是黑色的白色的五颜六色叠加在一起,没有具体的颜色,它可以既处于运动状态又处于静止状态,等等还有诸多性质都共同存在。

但我们一旦观察测量它,它就有了具体的颜色具体的运动状态。

在这个基础之上,再假想一下,假如两个粒子组合在一起,有了某种关系,那么这两者粒子的叠加态是互不干扰彼此独立的还是会相互缠绕产生影响呢?

答案是相互缠绕的

那么假如一个粒子分裂成了两个,这两个粒子的叠加态会缠绕吗?

答案是肯定的

即使两个粒子一旦一开始就有某种共同的关系,那么即使以后它们分开了很远很远,它们的叠加态也依然是缠绕的,量子纠缠即是叠加态缠绕的具体表现,它可以跨越空间和时间。


跨越空间很好理解,即它们哪怕相隔百万光年,也依然会互相纠缠,跨越时间则指的是,两个粒子的互相作用是同时发生的,假如两个粒子隔了300万光年,其中一个粒子对另一个粒子产生影响,另一个粒子不会300万年以后才会发生改变,而是会同时改变。

说它超光速,用立刻,瞬间,几乎都不太准确,因为两个粒子的互相粒子是同时发生的,不存在时间和速度的概念。

那么这种跨越时间的同时又是如何发生的呢?

爱因斯坦认为,两个粒子要想互相发生作用,一定离不开中间传播的介质,但事实上任何介质的速度都不能超过光速,即任何事件都不能以超光速的形式影响另一区域的事件,这就是著名的区域实在论。

为了捍卫他的理论,爱因斯坦又提出或许两个粒子之间存在一个人类尚未发现的作用机制,他称为隐变量,1935年,爱因斯坦联合波多尔斯基和罗森共同发表了《能认为量子力学对物理实在的描述是完全的吗》,三个作者的首字母分别为E,R,P,于是这一论文又被称为ERP佯谬。

1694年,约翰.贝尔设计了验证ERP佯谬的实验,他可以通过非均匀磁场角度的改变,测量纠缠粒子的自旋状态分布概率,如果两者呈现对应的线性关系,那么就存在隐变量,爱因斯坦就是对的,反之亦然。

科学家在半个世纪内做了大量的贝尔实验,结果证明量子纠缠并不存在所谓的隐变量,虽然爱因斯坦的理论没有成立,不过这也反方向证明了粒子作用不通过介质传播,也就是说没有超光速的介质,量子纠缠依然不违反相对论。

要真正理解量子纠缠的原理,或许我们不能套用传统的物理概念,因为在量子世界里,一切都是模糊的,只有概率的存在,量子纠缠也是一种模糊叠加态,其实在量子力学看来,具有相同叠加态的粒子其实是同一个粒子。

比如我们理所当然地认为原子是一个整体,但无限放大后,原子里会有很大的空隙,原子核就如同一个剧院里的一颗核桃,只不过这种距离对于人类来说太小了,所以会认为它们是一个整体。

同样,缝隙也可大可小,对人类来说很小的缝隙对原子来说可以很大,那么对于纠缠粒子来说,它们之间遥远的距离也可以很小,假如两个纠缠粒子的距离是0.00001纳米,我们理所当然的认为它们所以一个整体。

但假如到了几光年几百光年距离,我们就不太能接受两个粒子之间的互相作用了,因为我们认为它不是一个整体。


在传统的理论框架中,通常只有基本粒子才能认为是不可分离的整体,两个粒子如此大的缝隙怎能认为是一个整体?

于是就有科学家认为,或许这两个粒子其实是高维空间内同一个粒子的体现,目前来看,多维的量子化空间是有可能存在,所以高维空间也许是解释量子纠缠的一个可靠的理论。

推荐阅读

  • 倒春寒真的要来了 倒春寒的特点

    倒春寒真的要来了 倒春寒的特点

    3月1日,微博上关于倒春寒真的要来的”的话题冲上了微博热搜,根据中央气象台最新报道,进入本周末南方各地区的气温,会迅速向上回升,但进入3月4号到5号期间,又将会有一股冷空气袭来,影响到我国...

    阅读: 1152

  • 在高级文明里反物质才是终极能源(反物质的神秘面纱)

    在高级文明里反物质才是终极能源(反物质的神秘面纱)

    在高级文明中最贵的并不是高级人才,而是反物质。据悉制造一克反物质,光研发成本就高达62.5万亿美元,很多人都好奇反物质究竟是什么,其实就是和我们现如今世界中拥有的物质,处于截然相反的一种物质,这并不是...

    阅读: 2793

  • 宇宙的年龄137.97亿岁是怎么算出来的(综合多方数据计算)

    宇宙的年龄137.97亿岁是怎么算出来的(综合多方数据计算)

    宇宙的年龄是137.97亿岁是通过,综合多方数据所计算出来的。观察恒星的光度和光谱、基于宇宙大爆炸的理论、哈勃定律、放射性同位素测年法、宇宙演化模型。科学家通过以上5种数据综合计算得出了宇宙的年龄。1...

    阅读: 2649

  • 生命为什么在寒武纪集中爆发(大陆碰撞)

    生命为什么在寒武纪集中爆发(大陆碰撞)

    生命在寒武纪的集中爆发是地质史上一个引人注目的现象,长久以来激发了科学家们的好奇心和研究热情。这一时期,地球生命形式的多样性和复杂性迅速增加,标志着现代生物门类的早期雏形在短短几千万年内相继出现。但是...

    阅读: 1950

  • 太阳是来自梅西耶67号星团吗(不是)

    太阳是来自梅西耶67号星团吗(不是)

    太阳是来自梅西耶67号星团言论,引发了科学家们长久以来的好奇心和探索欲望。然而,尽管一些早期的研究曾经指向这个可能性,现代的科学证据表明,太阳并不是来自梅西耶67号星团。恒星和行星往往诞生于星际云中,...

    阅读: 1326

  • 人类为什么有尼安德特人基因(遗传)

    人类为什么有尼安德特人基因(遗传)

    当我们探寻人类的基因谜团时,尼安德特人的身影时常浮现。如果你的祖先来自非洲以外的任何地方,你肯定拥有着尼安德特人的基因。这一发现引发了科学界的广泛兴趣和研究。尼安德特人是一种古老的人类亚种,曾经繁衍生...

    阅读: 2293

  • 东汉末年的军阀朝廷还会给他们发俸禄吗(不会)

    东汉末年的军阀朝廷还会给他们发俸禄吗(不会)

    东汉末年,一个由政治动荡和军阀割据主导的时代,朝廷的权威和影响力日渐衰减。在这个背景下,地方官员是否还能从中央朝廷领取俸禄,成为了一个颇具讨论意义的问题。从历史的角度来看,答案是否定的—&...

    阅读: 3150

  • 男人薄情寡义的面相怎么样(两腮无肉)

    男人薄情寡义的面相怎么样(两腮无肉)

    在相学中,面相往往能够反映出一个人的性格特点和命运走向。其中,两腮无肉,骨头突出的面相特征,常常被认为是男人薄情寡义的象征。具有这种面相的男性往往表现出一些不良的性格特点,容易在人际关系和婚姻中造成问...

    阅读: 1156

  • 腹语是怎么发出来的(腹腔共振)

    腹语是怎么发出来的(腹腔共振)

    腹语是利用腹腔共振的方式进行发声,和日常说话不同的发声技巧,将声音从腹腔发出,通过人为改变构音方式,将气息在腹腔进行调和,打在声带的特殊部位上面,声带被震动之后就会发出声音。腹语表演者发声时,虽然嘴巴...

    阅读: 1211

  • 女人的3种难结婚的面相是什么(颧骨高)

    女人的3种难结婚的面相是什么(颧骨高)

    女人难结婚的面相是颧骨高、额头高、塌鼻梁。在相学中,人的面相往往能够反映出其性格特征和命运走向。尤其是女性的面相,更是备受关注。1.颧骨高的女性在相学中,颧骨高的女性往往性格坚强、霸道。她们善于争取自...

    阅读: 3064

热门文章