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3分鐘帶你理解量子纏結真的超光速嗎

2024-01-29科學

物質運動的速度最快不能超過光速,這個結論源於愛因斯坦的狹義相對論。

確切地說,這裏的速度是物質傳遞資訊的速度,或者說,是物質發生相互作用的速度。

這裏的重點在於「相互」二字,必須有來有往。

也就是說,物質間透過發生相互作用傳遞資訊,這個資訊「兩人」都知道。

在這種意義上我們說,光速是物質傳遞資訊最快的速度。

那麽有沒有比光速更快的速度呢?

這個可以有。

今天我們就來聊一下被人們津津樂道的超光速——量子纏結現象。

量子纏結是說,在量子系統中,幾個粒子彼此「纏結」在一起。它們形成一個纏結態的整體,我們無法單獨描述其中的某個粒子。

通俗地說,兩個粒子間的纏結作用使得兩個粒子緊密關聯起來,只要我們知道其中一個粒子的狀態,就能確定另一個粒子的狀態。

於是說,這種纏結作用可以超過光速。

為了方便理解,我們可以舉一個簡單的例子。

我們將一顆紅球和一顆白球分別裝入兩個盒子,將它們隨機分給甲、乙兩個人。

然後,讓乙留在地球上,把甲送到一億光年以外的太空中。

一切準備就緒後,當乙開啟盒子,知道了自己盒子中是白球。

那麽在這一瞬間,乙能夠確定,在一億光年以外的甲手中的球,一定是紅球。

這個過程中,甲乙雖然遠隔一億光年,但他們手中的球將二人緊密關聯起來。這就是纏結作用的體現。

顯然,這種纏結作用是可以超光速的,甚至說,只要我們願意,它的速度可以是無限大。

但這種超光速為什麽不違背狹義相對論呢?

這是因為,乙開啟盒子後瞬間確定甲手中的是紅球,這個過程並不傳遞任何資訊。

因為我們說過,傳遞資訊需要發生相互作用,也就是要有來有往。

而前面的例子中,只有乙的「單方面付出」,而沒有甲的「回饋」。

乙雖然知道自己拿的是白球,但這件事甲並不知道。

也就是說,乙雖然開啟了盒子從而知道雙方手中球的顏色,但只要甲不開啟自己的盒子,他將永遠一無所知。

因此我們說,量子纏結雖然可以超光速,但它實際上是沒有意義的超光速,不傳遞任何資訊,因此也就不違背狹義相對論。 #三分鐘講科普#