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3分钟带你理解量子纠缠真的超光速吗

2024-01-29科学

物质运动的速度最快不能超过光速,这个结论源于爱因斯坦的狭义相对论。

确切地说,这里的速度是物质传递信息的速度,或者说,是物质发生相互作用的速度。

这里的重点在于「相互」二字,必须有来有往。

也就是说,物质间通过发生相互作用传递信息,这个信息「两人」都知道。

在这种意义上我们说,光速是物质传递信息最快的速度。

那么有没有比光速更快的速度呢?

这个可以有。

今天我们就来聊一下被人们津津乐道的超光速——量子纠缠现象。

量子纠缠是说,在量子系统中,几个粒子彼此「纠缠」在一起。它们形成一个纠缠态的整体,我们无法单独描述其中的某个粒子。

通俗地说,两个粒子间的纠缠作用使得两个粒子紧密关联起来,只要我们知道其中一个粒子的状态,就能确定另一个粒子的状态。

于是说,这种纠缠作用可以超过光速。

为了方便理解,我们可以举一个简单的例子。

我们将一颗红球和一颗白球分别装入两个盒子,将它们随机分给甲、乙两个人。

然后,让乙留在地球上,把甲送到一亿光年以外的太空中。

一切准备就绪后,当乙打开盒子,知道了自己盒子中是白球。

那么在这一瞬间,乙能够确定,在一亿光年以外的甲手中的球,一定是红球。

这个过程中,甲乙虽然远隔一亿光年,但他们手中的球将二人紧密关联起来。这就是纠缠作用的体现。

显然,这种纠缠作用是可以超光速的,甚至说,只要我们愿意,它的速度可以是无限大。

但这种超光速为什么不违背狭义相对论呢?

这是因为,乙打开盒子后瞬间确定甲手中的是红球,这个过程并不传递任何信息。

因为我们说过,传递信息需要发生相互作用,也就是要有来有往。

而前面的例子中,只有乙的「单方面付出」,而没有甲的「回馈」。

乙虽然知道自己拿的是白球,但这件事甲并不知道。

也就是说,乙虽然打开了盒子从而知道双方手中球的颜色,但只要甲不打开自己的盒子,他将永远一无所知。

因此我们说,量子纠缠虽然可以超光速,但它实际上是没有意义的超光速,不传递任何信息,因此也就不违背狭义相对论。 #三分钟讲科普#