当前位置: 华文世界 > 科学

光速不可逾越,这两种现象似乎超越了它,爱因斯坦的相对论失效了

2024-08-30科学

爱因斯坦的相对论确立了一个宇宙常数,那就是光速是所有物质移动的极限速度,同时也是测量时间和空间的基准。根据这个理论,没有任何物质能超越光速,这一点已被广泛接受。

然而,科学家们在研究中发现了两个看似违背这一法则的现象:宇宙的加速膨胀和量子纠缠。

这两种现象都涉及到了看似超光速的行为。这是否意味着爱因斯坦的相对论有误呢?我们来探索一下。

宇宙膨胀是指宇宙空间自大爆炸后持续扩张的现象,这是1929年由天文学家哈勃通过观察远处星系光线红移现象首次提出的。科学家们依据广义相对论和观测到的宇宙微波背景辐射等证据,形成了大爆炸理论,认为宇宙从一个非常小、非常热、非常密集的状态开始膨胀。

那么,宇宙膨胀的速度如何呢?
科学家用哈勃常数来描述宇宙膨胀的速度,约为每秒70公里/Mpc。这意味着对于每增加326万光年的距离,星系从我们这里的远离速度约增加67.80公里/秒。因此,在足够大的距离上,宇宙膨胀速度实际上会超过光速。

例如,在距离我们140亿光年的地方,星系远离我们的速度达到光速,在更远的距离上,速度甚至会超过光速。这意味着有些区域的宇宙我们无法通过光线观测到,形成了一片我们永远无法见到的黑暗宇宙。

这是不是意味着光速不再是极限呢?

不,这里需要区分「运动」和「膨胀」两个概念。相对论中的光速限制是指物质在空间中的运动,而宇宙膨胀涉及的是空间本身的扩张。空间可以以任意速度扩张,因为它不是物质,不携带质量,不受相对论限制。

因此,即使宇宙膨胀可以超过光速,也不违反爱因斯坦的相对论。

另一个现象是量子纠缠。量子纠缠描述了两个量子状态的一种强关联,这种关联超越了空间距离。即便是分隔极远,两个量子态的改变仍然能即刻影响对方。

量子纠缠最初被爱因斯坦和他的同事们用来批评量子力学,称其为「幽灵般的超距作用」,他们提出了隐变量理论来解释这一现象。然而,后续的实验验证表明量子纠缠是真实存在的,且没有隐变量能够解释其行为。

量子纠缠如何实现超光速传递呢?

以两个纠缠的光子A和B为例。这两个光子在产生时就共享了一个整体的量子态,但各自的状态是未确定的。一旦测量其中一个光子,另一个光子的状态也会即刻确定,这种状态的改变看似瞬间发生,不受距离限制。

尽管这种现象看起来超越了光速,但实际上并没有信息的传递,因为光子的状态是随机决定的,我们无法通过量子纠缠来传递任何有意义的信息。

因此,量子纠缠并没有违背相对论的因果律或光速限制。它展示了量子世界中一种非常特殊的相互关系,超越了我们对时间和空间的常规理解。

宇宙膨胀和量子纠缠这两种现象,虽然给人以超光速的错觉,但并不真正违反相对论关于光速的基本原理,而是展示了物理世界更为复杂和精妙的面貌。#深度好文计划#