比光速还快一万倍,瞬时的量子纠缠,是否违反了相对论?
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。

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。
大家都在看
-
4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索 今天(23日),中国科学院国家天文台发布宇宙学模拟项目“千衍”。由中国科学家领衔的国际团队成功在超级计算机中构建出一个数字虚拟宇宙,为人类探索宇宙奥秘、研究宇宙的演化历史提供了强大的数字工具。中国科学家 ... 宇宙探索04-25
-
探索宇宙的意义和价值是什么 从科学认知的角度看,宇宙探索正以前所未有的深度,挑战并重塑着人类对自身在宇宙中位置的认知。最具标志性的发现,来自詹姆斯·韦布空间望远镜。它在距离地球124光年的系外行星K2-18b大气中,以99.7% 的统计置信度 ... 宇宙探索04-25
-
抬头!看!中国人探索宇宙的脚步从未停止! 从东方红一号到中国载人飞船系统中国火星探测任务中国载人探月工程……中国人探索宇宙的脚步从未停止!我们曾畅想的,正在由我们书写我们曾仰望的,正在被我们抵达中国航天的每一步都值得我们骄傲!今天是中国航天日 ... 宇宙探索04-25
-
从"太空竞赛"到"精打细算"!冷战之后为何不再疯狂探索宇宙? 导语: 上世纪六七十年代,美苏两国像打了鸡血一样往天上扔火箭,火星、金星、月球被轮番"打卡"。可如今呢?NASA的预算一缩再缩,人类登月计划一拖再拖。太空探索怎么就"熄火"了?一、冷战没了, ... 宇宙探索04-23
-
东西方智慧终极交汇:熵即是阴阳,坤0为首探索宇宙本源 《结构互鉴,文明共生》系列第十二此文为四月系列收官篇,全篇以东西方文明对话为纲,从热力学熵的本源出发,贯通信息、生命、演化、宇宙法则四大维度,把西方现代科学的严密数理,与中华《易经》的阴阳大道熔于一炉 ... 宇宙探索04-23
-
美UFO纪录片导演:当下正处于探索外星文明转折点,“宇宙中人类并不孤单” “真相终将浮出水面,人类并非宇宙中唯一存在的智慧生命。”美国“不明飞行物”(UFO)纪录片《揭秘时代》(The Age of Disclosure)的导演兼制片人丹·法拉赫日前在接受采访时指出,在探索外星生命领域,世界正处于 ... 宇宙探索04-21
-
宇宙探索·中子星:宇宙最极端的天体 宇宙探索中子星:宇宙最极端的天体如果你觉得地球上最坚硬的钻石或者最炽热的熔岩已经算是极端,那么宇宙里有一种天体会让所有地球上的"极端"相形见绌——它就是中子星。一颗质量比太阳更大的恒星,在生命终 ... 宇宙探索04-21
-
男人独自探索宇宙竟碰到了巨大的外星生物 就在半小时前,男人驾驶着飞船降落在这颗冰雪覆盖的星球,放眼看去完全就是一片白雪皑皑,零下两百度的气温更是让他举步维艰。但让他心情澎湃的是,他发现这里氧气非常充足。在确定基本生存条件达标之后,还有更加重 ... 宇宙探索04-17
-
人类探索宇宙的意义何在 从科学家的望远镜,到工程师的实验室,再到国家战略的蓝图,人类探索宇宙的意义,远不止于仰望星空。它是一场由好奇心驱动、被技术赋能、为未来布局的系统性远征。要看清其全貌,我们需要跳出单一视角,从科学、技术 ... 宇宙探索04-13
-
数据时代正在重新定义科研:本科生如何借助工具发现宇宙新事物? 很多人还以为,科研是一件离普通人很远的事。要进实验室,要跟导师,要读很多年书。但最近发生的一件事,正在打破这个认知——有本科生,在一次课程作业中,发现了一颗来自宇宙早期的古老恒星。不是参与项目,不是帮 ... 宇宙探索04-09
相关文章
- 数据时代正在重新定义科研:本科生如何借助工具发现宇宙新事物?
- 人类为什么要探索宇宙
- 《宇宙探索编辑部》:科幻外壳下的教育隐喻
- 航天科技如何推动人类探索宇宙
- 全球首个地月太空港口落地中国!钱学森百年构想,成深空探索枢纽
- 别再说太空探索是烧钱!中国这波基建,直接把宇宙当工地
- 沉浸在书中的宇宙,探索无尽的星空!📖✨
- 中国第二阶梯
- 刘慈欣科幻漫画宇宙探索中心本周六开放,早鸟票已开售
- 刘慈欣科幻漫画宇宙探索中心落户通州,本周六迎客
- 提前探访,先睹为快!刘慈欣科幻漫画宇宙探索中心落户通州
- 太棒了!刘慈欣科幻漫画宇宙探索中心落户北京通州!周六迎客
- 刘慈欣科幻漫画宇宙探索中心本周通州迎客!
- 为何天上有颗“深圳星”?深圳科技馆馆长跟你聊宇宙探索、讲科学故事
- 从量子科技到元宇宙的崭新探索:中国科技为何引起全球瞩目?
- 显微镜下的奇妙世界:探索微观宇宙的无限奥秘
- 《宇宙探索编辑部》追了半生宇宙,才懂平凡人间,才是终极答案
- 一个国家插入另一个国家?
- 探索微观宇宙,见证科技奇迹!🔍🔬✨
- 第十九章:万灵共振,探索宇宙的奥秘,见证生命的奇迹!🚀✨
热门阅读
-
预言2030年太阳将休眠,恐怖的千年极寒将来临 07-11
-
中国十大元帅之死,多高寿而善终(林彪叛逃而死) 07-11
-
因果报应真实事例,做尽坏事必遭天谴 07-11
-
这6个神奇天体有很酷的名字 06-01
-
全球人口减少可能带来的六大教训和好处 07-18
-
离太阳最近的十大恒星排名,宇宙最大十大星球 04-12
精选文章
- 创生之柱是什么?(创生之柱给予了许多恒星生命)
- 中国51区秘密基地,窃密必被抓(抓住就杀头)
- 中国“天宫”空间站将在2022年前后建成 呈T字型有三个舱段最多可驻留6人 ...
- 2025年宇宙探索大爆发!月全食、火星冲日等,这些天文奇观别错过
- 中国古代四大凶兽,四大神兽vs四大凶兽谁更强
- 黑龙江50万年死火山苏醒, 内含15%电量的巨大岩浆囊
- 新冠病患康复后,可能“精子减少或无精”
- 误会一辈子!破伤风其实是一种细菌跟生锈铁完全没关系
- 美国同步空间态势感知项目(GSSAP)军事间谍卫星多次秘密靠近俄罗斯和中国的航天器 ...
- 中国长征五号B遥一运载火箭全貌曝光 本月底在海南文昌航天发射场进行首次发射 ...
