在神秘的量子领域,规则由量子物理的法则所定,这里充满了不可思议的景象,例如量子纠缠这一奇妙现象。它能将两个粒子在广阔的空间中紧密地联结,不管它们之间的距离多么遥远,只要一个粒子发生状态改变,另一个粒子会立即作出响应。爱因斯坦曾把这种现象称为“幽灵般的超距作用”,因为它似乎违背了我们对自然界基本法则的认知。
纠缠的粒子能以超光速的速度,甚至高达光速的10000倍进行瞬时感应,这给科学领域带来了颠覆性的冲击。考虑到相对论中关于光速的极限,是否意味着量子物理真的违背了这一基本原则呢?
要解答这个问题,我们需要搞清楚几个基本的概念。所谓量子纠缠,是指两个或更多的粒子处于一种特别的量子叠加态。在这个状态下,我们不能单独确定每个粒子的性质,只能在对它们作为一个整体进行观测时,才能得到确定的结果。这正是“薛定谔的猫”实验所阐释的量子现象。同时,当我们对量子系统进行观测时,会导致波函数的塌缩,换言之,系统的状态从不确定转变为确定。
但这并不代表量子纠缠打破了相对论中的速度极限。实际上,量子纠缠并不能用来传递信息。设想一下,如果你试图通过量子纠缠来发送信息,你必须先把纠缠的粒子分开,并对其进行测量,让其波函数塌缩,从而获得具体的信息。但这样的通信速度并不快于传统的方法。因此,即便纠缠粒子间的联系速度再快,也不可能实现超光速通信。
而且,量子纠缠的速度虽然令人瞩目,它并没有动摇相对论的根基。相对论指出任何有形物体的速度都不能超越光速,这是因为光速极限本质上是一个局部的限制,它指的是在一个特定的空间范围内,信息传递的速度不会超过光速。
然而在量子纠缠中,我们涉及的是非局部性的影响,意味着在不同的空间区域中,粒子间的联系不是简单的因果关系,而是更复杂的关联性。因此,即便纠缠粒子间的联系速度再快,它并没有真的打破光速的极限。
举个例子来帮助理解。
假设我们把一副手套分别放在两个密封的盒子中,把这两个盒子相隔1000光年放置在不同的地方。
如果你打开其中一个盒子并发现是左手套,那么你就会立即知道,相隔1000光年的另一个盒子里的手套是右手套。这个“认知”是瞬间的,但当你真正打开那个盒子时,你才会真正地“得知”它是右手套。这两个手套就像是两个纠缠的粒子。
然而,问题在于,你的观测行为本身会触发波函数塌缩,我无法确定这是由你的观测导致的塌缩还是我自己的观测导致的塌缩。要解答这个问题,我们必须通过光速来传递信息,而光速传播信息仍是最传统的方式,并不能利用量子纠缠来传递信息。
实际上,量子力学与相对论并不是相互冲突的理论,它们各自适用于不同的物理现象。量子力学主要探讨微观尺度的物理现象,比如原子、分子等的行为;相对论则更多地应用于宏观尺度的物体,如行星、星系等的运动。它们在各自的领域内发挥作用,并在某些方面彼此补充。
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