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量子纠缠、宇宙膨胀……科幻电影中的“超光速”有可能实现吗?

2019年11月27日
在相对宇宙中,即使是离地球最近比邻星仍有4.22光年,以旅行者1号飞船17公里每秒飞行速度,需要上万年时间才能抵达,所以星系间距离是如此遥远。不过在很多科幻小说或科幻电影中,通常会提到超光速宇宙飞船。在《星际迷航》电影中,星舰就能以曲速飞行,速度能达到多倍超光速。
(图源:网络)
在已知的科学界中,严格的超光速是不可能发生的。自麦克斯韦发现、赫兹证实光与电磁波具有相同的、不变的光速开始,光速不变成为现代科学的基石。尽管绝大多数人相信实物粒子与信息无法超光速,但仍有人孜孜不倦地寻找超越光速的粒子。2012年,欧洲科学家声称发现了超越光速的粒子,但之后被证实是实验误差。
事实上,无法超越光速是由因果律保证的。最常见的、人们误以为是超光速的主要有2种:
一种是宇宙膨胀速度超光速,而相对论要求的是实物粒子与信息无法超光速,这并不矛盾,空间膨胀速度是可以超光速的司时也表明有很大一部分宇宙我们永远无法观测到。
另一种则是量子纠缠在讨论量子纠缠前,我们先认识一下量子理论的一个基本假设——波函数假设——即粒子在被观测前是不确定的,一旦我们对其进行测量,波函数便会塌缩成具体的状态。就好像我们掷骰子前,骰子的点数是未知的,一旦我们掷下骰子,骰子便会呈现出具体的点数。
量子纠缠是指两个粒子存在量子关联,无论我们把两个粒子放在多远的位置,一旦我们测量其中一个粒子状态,另一个粒子状态便会确定下来。有好事者称之为超光速。的确,这种纠缠作用是瞬发的,但也不能称之为超光速。就好比我们一出生,爸爸便具备了父亲的身份。即使相隔万里,这种身份变化也是瞬发的。
量子隐形传态示意图
量子纠缠的一个典型应用是量子隐形传态。量子隐形传态是指利用两个粒子A和B之间的纠缠作用,假设C、A处于一处,B处于另一处,则C的量子态一部分通过AB纠缠传到B,另一部分则通过经典通道传到B,由于必须经过经典通道,因此无法超光速。经典通道的载体可以是光、声、引力等。量子隐形传态是量子通信中简单的一种,研究隐形传态是实现全球化量子通信的前提。
来源:知识就是力量公众号