量子糾纏速度可達光速的上萬倍,違反相對論的「光速限制」嗎?

量子力學雖然已經誕生一百多年了,但由于該理論太具顛覆性了,以至于直到目前為止很多人仍舊很難接受量子世界的很多詭異現象。

但不可否認的是,量子力學早已深入到我們生活的每個角落里,現代很多高科技領域都有它的身影,比如說電子芯片,計算機技術,通訊技術等領域的發展,都得益于量子力學帶來的重大變革。

量子力學到底詭異在什麼地方?

先來看看我們熟悉的牛頓經典力學。經典力學描述的是巨觀世界的運動規律,在國中高中的物理課上我們主要學習的就是牛頓經典力學。牛頓經典力學很符合我們的日常生活認知,比如它告訴了我們為何能站在地球上,告訴我們火箭為何能上天,所以我們很容易接受牛頓經典力學。

但量子力學就完全不同了,它描述的是微觀世界,我們很難用肉眼直接看到。更可怕的是,量子力學的核心思想「不確定性」告訴我們,量子世界的一切都是不確定的,只能用機率(波函數)來描述,一切都是隨機的。如果你身處量子世界,你可以同時出現在兩個地方,也可以在任何地方出現,我不能確定你到底在什麼地方,只能用機率去描述你的狀態。是不是很詭異?

最詭異的莫過于量子糾纏現象,它完全顛覆了我們的傳統認知。在我們的經典世界,愛因斯坦的狹義相對論告訴我們,宇宙萬物的速度極限是光速,任何物體或者信息的速度都不能超過光速。

但是對于兩個處于糾纏狀態下的量子來說,卻可以輕松突破光速限制,甚至遠超光速。即便是糾纏中的量子分別被放在相距極其遙遠的兩個地方,它們也能瞬間感應到彼此,就好像「心靈感應」一樣。哪怕是相距一光年,一萬光年,甚至更遠,都是如此。

當我們對其中一個糾纏中的量子進行測量時,另一個量子瞬間坍縮與之相反的狀態。

它們是怎樣感應到彼此的存在的呢?

愛因斯坦對量子糾纏現象非常反感,稱之為「鬼魅般的超距作用」。愛因斯坦連同其他兩位物理學大佬波多爾斯基和羅森提出了著名的「EPR佯謬」,主要思想就是宇宙的極限速度是光速,任何物體信息的傳播速度不能超過光速。

愛因斯坦認為所謂量子糾纏并不是真的「超光速感應彼此」,而是作為一個整體粒子,在分裂成兩個糾纏的粒子瞬間,其實它們的狀態已經確定下來了,人們對它們的測量只是獲取了它們本就存在的信息而已。

不過,以波爾為首的「哥本哈根學派」提出了不同意見:不管是整體粒子在分裂前還是分離后都是一個整體,人們對它們的觀測改變了糾纏狀態下粒子的狀態。

愛因斯坦的質增公式表明,任何有靜質量的物體速度都無法達到光速,因為速度越快,質量就會越大,當無限接近光速時,就需要無窮大的能量才可以,整個宇宙的能量都不行,這顯然是不可能的。

而量子力學認為,量子糾纏狀態是一個整體屬性,即使分裂之后處于糾纏中的粒子也會表現出整體屬性,它們之間的「互動」并不會傳遞任何信息,如此一來就沒有違反愛因斯坦的「光速限制」。

需要強調一點,如今我們所說的量子通訊技術,并不是利用「超光速」技術傳遞信息,而是利用量子糾纏現象進行加密的一種技術而已,所謂的「量子密鑰加密」,傳遞信息的速度仍然是電磁波的速度,也就是光速。


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