科学家们早就发现量子纠缠比光速快得多,甚至可以达到光速的10000倍这是否意味着量子纠缠违反了相对论,违反了光速极限?
当然不是,如果量子纠缠真的违背了相对论,那就意味着相对论早已被推翻,不能成为现代物理学大厦的两大基石之一。
那么这是怎么回事呢?量子纠缠显然比光速快,为什么没有违反相对论中的光速极限呢?
让我们先来了解一下量子纠缠概念。
其实,量子纠缠是没有速度的,它只是量子世界的一种固有属性,当然,我们也可以通俗地理解为量子纠缠是瞬时的。
量子纠缠到底是什么?
物理学是这样定义的当两个或多个微观粒子相互作用时,单个粒子的性质消失,只能表现出整体的性质,称为量子纠缠或量子纠缠。
既然是全局属性,就意味着无论两个或多个粒子相距多远,即使理论上是无限的,粒子之间的纠缠态依然存在,它们仍然可以瞬间感知到对方。
具体来说,纠缠特征是什么?最常见的是旋转方向。 例如,如果两个纠缠粒子的一个粒子的自旋方向朝上,那么另一个粒子的自旋方向朝下。
当我们不观察时,两个粒子的自旋方向都处于“向上和向下方向”的叠加状态,科学界尚未能够给出明确的解释。 当我们观察其中一个粒子,发现粒子的自旋方向朝上时,另一个粒子的自旋方向就会瞬间从“上下”的叠加坍缩到“向下”,我们根本不需要观察就知道另一个粒子的自旋方向。
而且,无论两个粒子相距多远,它们都处于宇宙的边缘,这个过程是瞬间的。
我们可以尝试使用宏观世界中的物体来理解量子纠缠现象。
例如,在两个密封的盒子里有一副手套,直到我们打开盒子,我们才知道它是左手套还是右手套。 接下来,将两个盒子放在相距 1,000 光年的两个地方。
当我们打开其中一个盒子,发现它是左边的手套时,我们立即知道1000光年外的盒子一定是右边的手套,理论上不需要任何时间就知道。
这相当于我们可以得到“1000光年外的盒子是正确的手套”的信息,这似乎远远超过光速,但与光速无关,因为两只手套是第一位的”。纠缠“国家,它们是一个整体。
上面手套的比喻其实并不严谨,因为虽然一开始我们不知道是左手套还是右手套在盒子里,但其实两只手套的状态已经确定,只是我们就是不知道。
但如果这两只手套在微观世界里,情况就大不相同了。 微观世界中两只手套的状态其实是不确定的,严格来说,每只手套其实都是“左手套和右手套”。重合在我们观察的那一刻,盒子里的手套会从叠加状态塌陷到“要么左手套,要么右手套”的确定状态,而另一个盒子里的手套也会这样塌陷,如果前一个手套塌陷到左手套里,那么另一个盒子里的手套肯定会塌陷成右手套。
说白了,量子纠缠显现的速度并不是我们平时说的,而是更像我们自己思维速度我们的思想可以在瞬间到达太阳,甚至可以在瞬间飞出宇宙,但实际上我们自己是完全静止的。
因此,所谓的量子纠缠速度其实并没有什么实际意义,因为这个过程没有提供任何信息
当然,在现实中,科学家确实可以利用量子纠缠的现象来创造它量子通信系统。 这里需要强调的是,所谓的量子通信,并不是通过量子纠缠“超光速”传输信息,而主要是利用量子力学中的不确定性和量子纠缠来实现状态传输量子密钥分发主要目的是确保信息的绝对安全。
说白了,就是对信息进行加密,让信息更安全。
通常我们会在一些信息中添加各种密码,以保证信息的安全性,但理论上无论你设置的密码多么复杂,只要你的知识就可以破解,因为你设置的密码是与数字、字母和符号密不可分的,而这三者的数量是有限的,虽然有很多组合, 但它肯定是有限的,只要电脑足够快,它肯定会在最短的时间内破解密码。
但是,通过量子纠缠对信息进行加密可以保证信息的绝对安全,因为信息的密钥是随机生成的,而这种随机性是真正的随机性,完全没有任何规律,这与现实中所谓的随机性有本质区别。
实际上,所谓的随机性其实就是“”。伪随机从理论上讲,只要我们有足够的初始条件,我们就可以计算出任何物体的未来方向。
例如,我们都知道天气预报不可能100%准确,那是因为我们无法准确掌握每个空气分子的速度、方向、温度、湿度等信息。
但是在量子世界里我们不能这样做,因为量子世界里的一切都是随机的,比如一个电子,它可以随机出现在任何地方,甚至同时出现在两个不同的地方。
一旦进行观测,量子纠缠的状态立即被打破,在物理学中它就被“坍缩”了,从纠缠态到“确定态”,而这种状态的变化会告诉消息的发送者和接收者:有人在窃听消息!
他们将知道信息不安全,他们将重新创建一个新密钥来加密信息。
而所谓的状态传输,虽然也使用了量子纠缠现象,但并不存在超光速现象。
在许多科幻小说和电影中,它通常是通过使用状态传输技术来实现的传送地球上的一个人是如何在瞬间“传送”到数千光年外的另一个天体的?
从理论上讲,这种类型的传送确实是可能的。 要做到这一点,你首先需要将量子信息从你体内所有的微观粒子中继到数千光年之外的目的地,而这个信息传输过程不可能瞬间完成,而是需要数千年的时间。
当然,如果几千年后,你体内所有的量子信息确实被传送到了千光年之外的天体上,而这个量子信息被完美地转移到了微观粒子上,而这些微观粒子通过科技手段与构成你身体的微观粒子纠缠在一起。
然后地球上的你就可以“传送”到另一个天体,地球上的你就会消失,然后另一个天体上的微观粒子会重新组合,与另一个你一起重新出现。 当然,科学不能保证你此时是否是原来的“你”,至少现在还不能。
总结
量子纠缠虽然是瞬时的,超过光速1万倍,但它实际上并没有传递任何信息,因此它并没有违反相对论中的光速极限。
爱因斯坦的狭义相对论早就表明,信息以光速传播,任何物体或信息都不能超过光速。 狭义相对论经过了100多年的检验,至今仍屹立不倒,足以证明相对论是可信的。
宇宙的极限速度是光速世界上不可能存在任何超光速现象,准确地说,任何信息都不存在超光速现象。
除了量子纠缠之外,还有宇宙膨胀、曲速引擎、虫洞技术等,看似都超过了光速,但这些现象都没有涉及物质的运动和信息的传递,当然也不违反狭义相对论中的光速极限!
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