摘要:这些纠缠的粒子所表现出的集体性质是如此之强,以至于哪怕它们被分隔至极远的距离,这种纠缠态依然存在。简单来说,纠缠粒子的主要特征是它们的自旋状态相反,譬如一个粒子为上旋,另一个必为下旋;一个左旋,另一个即为右旋。
在量子力学的奇异世界里,粒子之间的相互关系往往超越了我们日常经验的界限,纠缠便是其中一种令人费解的特性。
当一组粒子在彼此的作用中丧失其个体特性,转而展现出一种统一的集体行为时,我们就说它们纠缠了,或者更确切地,它们形成了量子纠缠态。
这些纠缠的粒子所表现出的集体性质是如此之强,以至于哪怕它们被分隔至极远的距离,这种纠缠态依然存在。简单来说,纠缠粒子的主要特征是它们的自旋状态相反,譬如一个粒子为上旋,另一个必为下旋;一个左旋,另一个即为右旋。
在没有进行观测时,我们无法确定任一粒子的具体状态,它们处于零自旋的纠缠态,表现为两个直积态的叠加。
然而,将量子纠缠的速度与所谓的“思维速度”相提并论是毫无根据的,同样荒谬的是关于量子纠缠超光速的误解。纠缠粒子分开后的观测并不能提供即时的信息传递;虽然当我们测量其中一个粒子的自旋方向时,远处的另一个粒子的状态似乎即刻被确定,这只是一种错觉。
将此现象比喻为两只手套:一只左手,一只右手,未打开装有手套的盒子时,我们无法知晓盒子内的手套是左手还是右手。一旦打开一只盒子,看到里面装的是左手套,那么另一只盒子内必定是右手套。即使这只盒子位于1亿光年之外,我们也能“立刻”得知答案。
但这与光速的概念截然不同。光速是物质传播的速度,而量子纠缠仅是一种概率关联,类似猜谜游戏。
若要将量子纠缠与光速相比拟,那么为何会有10000倍的倍数之说呢?比如我们能在1秒钟内得知1亿光年外的手套状态,那么这种“速度”已经超越光速3155亿倍。若论及100光年,或者更远的距离,这个“速度”会更加荒谬。
不确定性原理使得量子观测行为变得模糊不定,因此它并没有传递信息的能力。用手套作为比喻虽然直观,但手套作为宏观物体,其性质与亚原子粒子存在本质差异。不确定性原理导致的测不准原则上破坏了观测的准确性,进而影响了量子的运动行为。这意味着无论观测纠缠粒子的哪一个,都将彻底改变该粒子的运动状态,我们因此无法同时得知粒子的确切位置或动量。同样地,远端的纠缠粒子也无法被准确观测,因此量子纠缠本身并没有实现信息传递或能量传输,它仅仅是对微观世界量子力学特性的一种体现。
量子通信之所以可行,是因为它利用了量子不确定性原理,结合量子纠缠、量子不可克隆定理和隐形传态等特性来进行密钥分发,进而提高通信的安全性,这与量子纠缠的速度无关。
即使两个量子纠缠能实现某种程度的信息传递,将一个纠缠的粒子送到数光年之外又是如何实现的呢?目前,最远的旅行者1号太空探测器经过40多年的飞行,才抵达223亿千米远的距离,离开太阳系仍需17000多年的时间。因此,那些幻想利用量子纠缠进行超光速通信的人们,首先需要解决如何将纠缠粒子送达光年之外的问题。
而爱因斯坦的狭义相对论,建立在科学界数百年的实验数据和理论基础上,通过质速关系确立了真空光速是物质运动的上限,无法被超越。这不仅揭示了光速不变、光速恒定和光速不可叠加原理,还使得光速成为现代物理学的关键常数和支柱之一。
但物质若要达到光速,则其动能将趋于无穷大,整个宇宙的质能都不足以支撑这一点。因此,任何具有静质量的物体别说超过光速,哪怕仅仅达到光速,也将导致宇宙的崩溃。
质速关系由以下公式表达:
其中m表示相对论质量,m0表示静质量,v代表物体运动速度,c为光速,精确值为c=299792458m/s。此公式明确了随着物体运动速度的增加,其惯性质量也随之增大,在速度接近光速的情况下,惯性质量趋近于无穷大。
在已知或可能存在的超光速现象中,没有一个是物质的运动。
诸如量子纠缠、宇宙膨胀、虫洞穿越和曲速航行等现象,虽然看似超越了光速,但它们并不属于物质运动的范畴,因此与物质运动速度没有直接关联。
来源:宇宙怪谈