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光速不可逾越,這兩種現象似乎超越了它,愛因斯坦的相對論失效了

2024-08-30科學

愛因斯坦的相對論確立了一個宇宙常數,那就是光速是所有物質移動的極限速度,同時也是測量時間和空間的基準。根據這個理論,沒有任何物質能超越光速,這一點已被廣泛接受。

然而,科學家們在研究中發現了兩個看似違背這一法則的現象:宇宙的加速膨脹和量子纏結。

這兩種現象都涉及到了看似超光速的行為。這是否意味著愛因斯坦的相對論有誤呢?我們來探索一下。

宇宙膨脹是指宇宙空間自大爆炸後持續擴張的現象,這是1929年由天文學家哈伯透過觀察遠處星系光線紅移現象首次提出的。科學家們依據廣義相對論和觀測到的宇宙微波背景輻射等證據,形成了大爆炸理論,認為宇宙從一個非常小、非常熱、非常密集的狀態開始膨脹。

那麽,宇宙膨脹的速度如何呢?
科學家用哈伯常數來描述宇宙膨脹的速度,約為每秒70公裏/Mpc。這意味著對於每增加326萬光年的距離,星系從我們這裏的遠離速度約增加67.80公裏/秒。因此,在足夠大的距離上,宇宙膨脹速度實際上會超過光速。

例如,在距離我們140億光年的地方,星系遠離我們的速度達到光速,在更遠的距離上,速度甚至會超過光速。這意味著有些區域的宇宙我們無法透過光線觀測到,形成了一片我們永遠無法見到的黑暗宇宙。

這是不是意味著光速不再是極限呢?

不,這裏需要區分「運動」和「膨脹」兩個概念。相對論中的光速限制是指物質在空間中的運動,而宇宙膨脹涉及的是空間本身的擴張。空間可以以任意速度擴張,因為它不是物質,不攜帶質素,不受相對論限制。

因此,即使宇宙膨脹可以超過光速,也不違反愛因斯坦的相對論。

另一個現象是量子纏結。量子纏結描述了兩個量子狀態的一種強關聯,這種關聯超越了空間距離。即便是分隔極遠,兩個量子態的改變仍然能即刻影響對方。

量子纏結最初被愛因斯坦和他的同事們用來批評量子力學,稱其為「幽靈般的超距作用」,他們提出了隱變量理論來解釋這一現象。然而,後續的實驗驗證表明量子纏結是真實存在的,且沒有隱變量能夠解釋其行為。

量子纏結如何實作超光速傳遞呢?

以兩個纏結的光子A和B為例。這兩個光子在產生時就共享了一個整體的量子態,但各自的狀態是未確定的。一旦測量其中一個光子,另一個光子的狀態也會即刻確定,這種狀態的改變看似瞬間發生,不受距離限制。

盡管這種現象看起來超越了光速,但實際上並沒有資訊的傳遞,因為光子的狀態是隨機決定的,我們無法透過量子纏結來傳遞任何有意義的資訊。

因此,量子纏結並沒有違背相對論的因果律或光速限制。它展示了量子世界中一種非常特殊的相互關系,超越了我們對時間和空間的常規理解。

宇宙膨脹和量子纏結這兩種現象,雖然給人以超光速的錯覺,但並不真正違反相對論關於光速的基本原理,而是展示了物理世界更為復雜和精妙的面貌。#深度好文計劃#