1935 年,阿尔伯特・爱因斯坦、B.E. 波多尔斯基和 N. 罗森发表了一篇名为《物理简直的量子力学形色能否被以为是完备的?》的论文,建议了其后被称为 EPR 佯谬(EPR 效应)的想想实验,量子纠缠由此投入东说念主们的视线 。
埃尔温・薛定谔在商讨这一佯谬时建议了 EPR 操控,还给出 “Quantum Entanglement(量子纠缠)” 这一术语。
量子纠缠形色了这么一种神奇的景观:当几个粒子在相互相互作用后,由于各个粒子所领有的特质已详细成为合座性质,无法单独形色各个粒子的性质,只可形色合座系统的性质 。
浅薄来说,处于纠缠态的两个粒子,不管相隔多远,当其中一个粒子的景色发生变化时,另一个粒子会须臾发生相应变化,就随机它们之间存在着一种越落后空的 “心灵感应”。
中国科学本领大学潘建伟团队的商讨驱散为量子纠缠提供了有劲的实验支抓。
2017 年,“墨子号” 量子卫星得胜达成了千公里级的量子纠缠分发,两个量子纠缠光子被分发到相距栽培 1200 公里的距离后,仍能不绝保抓其量子纠缠的景色 。这一实验不仅考证了量子纠缠的远距离特质,也让东说念主们对量子纠缠的神奇有了更直不雅的意志。
科学家通过实验不雅察到,当对处于纠缠态的一双光子中的一个进行测量,使其自旋景色笃定时,另一个光子不管相隔多远,齐会须臾呈现出与之对应的自旋景色,仿佛它们之间的信息传递是须臾完成的,十足不受距离的截至。
而凭证现在实验泄漏,量子纠缠的作用速率至少比光速快 10,000 倍,这还仅仅速率下限。
凭证量子表面,测量的效应具有瞬时性质。在宏不雅世界的阐发里,光速是全国中最快的速率,任何物体的分解速率齐无法越过光速,这是爱因斯坦相对论的热切基石。但是量子纠缠所发达出的超光速特质,似乎对这一传统不雅念发起了挑战,也难怪爱因斯坦将其称为 “阴魂般的超距作用”。那么,量子纠缠的这种超光速景观,确切违反了爱因斯坦的相对论吗?
要解答量子纠缠是否违反相对论这一问题,得先深入了解爱因斯坦相对论里的速率截至联系内容。相对论分为狭义相对论和广义相对论,其中狭义相对论主要谈判的是惯性系中物体的分解规则,其中枢内容与光速良好联系。
狭义相对论基于两条基本假定:一是相对性旨趣,即在统统惯性参考系中,物理定律的时势齐是疏导的;二是光速不变旨趣,真空中的光速在职何惯性参考系中齐是恒定不变的,约为 299792458m/s ,与光源和不雅察者的相对分解无关。这两条假定看似浅薄,却蕴含着长远的物理意旨。
从这两条假定起程,狭义相对论推导出了一系列热切论断,其中就包括对速率的截至。凭证狭义相对论,物体的质地会跟着速率的增多而增大,当物体的速率趋近于光速时,其质地会趋近于无限大。
而凭证牛顿第二定律 F=ma(其中 F 是力,m 是质地,a 是加快度),要使质地无限大的物体不绝加快,就需要无限大的能量,这在现实中是不可能达成的。是以,有静止质地的物体的分解速率永远无法达到光速,更不可能栽培光速。
同期,相对论还指出,能量、物资和信息的传递速率也不行栽培光速。这是因为信息的传递需要借助物资或能量,一朝信息传递速率栽培光速,就会导致因果律的突破。瞎想一下,要是存在超光速的信息传递,就可能出现驱散先于原因发生的无理情况,这赫然违背了咱们对世界的基本阐发。举例,在一个事件发生之前就接纳到了对于这个事件驱散的信息,这在逻辑上是无法建造的。
天然量子纠缠景观中粒子景色的关联速率远超光速,但本质上这一流程并不波及信息的传递,是以从本质上来说,它并不违反相对论中对于信息传递速率的截至。
在量子力学里,粒子的景色在被测量之前处于一种不笃定的重复态,只消在测量的须臾,波函数才会坍缩,粒子的景色才会笃定下来。对于处于纠缠态的两个粒子,它们的景色在测量前是不笃定的,且相互关联。当对其中一个粒子进行测量时,它的景色须臾笃定,与此同期,另一个粒子的景色也会须臾笃定,以保抓它们之间的纠缠关联 。
以电子的自旋为例,电子的自旋有 “进取” 和 “向下” 两种景色。当两个电子处于纠缠态时,ag百家乐漏洞它们的自旋所在老是互异的。要是测量其中一个电子的自旋为 “进取”,那么另一个电子的自旋就会须臾被笃定为 “向下” 。
但要害在于,在测量之前,咱们无法臆想会得到哪种驱散,测量驱散十足是连忙的。这就意味着,咱们不行通过限定对一个粒子的测量驱散,来向另一个粒子传递特定的信息。比如,咱们不行让一个粒子的测量驱散遥远为 “进取”,从而让另一个粒子遥远为 “向下” 来代表某种信息。
假定在地球上有一个处于纠缠态的粒子 A,在辽远的月球上有与之纠缠的粒子 B。地球上的东说念主测量粒子 A 的自旋景色,测量驱散是连忙的,可能是 “进取”,也可能是 “向下” 。
当测量驱散出来后,月球上的粒子 B 的自旋景色会须臾笃定,但月球上的东说念主并不知说念地球上的东说念主测量的驱散是什么,也无法从粒子 B 的景色变化中得到到地球上的东说念主想要传递的任何信息。要想让月球上的东说念主知说念地球上的测量驱散,也曾需要通过传统的通讯款式,比如无线电信号等,而这些传统通讯款式的速率是无法栽培光速的。
是以,量子纠缠天然展现出了超光速的关联性,但由于无法传递信息,并莫得违反相对论中信息传递速率不行栽培光速的截至。
在物理学中,有不少看似 “超光速” 的景观,仔细探究会发现它们其实并未真实违反相对论,这也进一步讲解了在相对论里对 “速率” 界说的热切性。
先看 “前后东西齐不是消亡个东西的超光速” 情况。
拿用千里镜不雅测太空这个例子来讲,当咱们手抓千里镜平缓动弹时,按照两地之间的距离除以动弹的时候来运筹帷幄,其速率似乎能减弱 “超光速”。
但本质上,前一刻投入眼睛的光和后一刻投入眼睛的光并非消亡个光 。这本质上不错解说为低速旋转(分解)物体的意外旨投影的速率超光速,这种情况并不违背相对论。
与之访佛的还有影子和光斑,当咱们用光源照耀物体产生影子,快速迁移光源时,影子在辽远的迁移速率看似超光速 ,可本质上影子仅仅光被笼罩酿成的暗区,并不是本质的物资在迁移,光斑亦然访佛旨趣,它们齐仅仅看起来 “超光速”,本质上并莫得真实的物资或信息以超光速传递。
再是 “速率的意外旨相加的超光速”。假定咱们让两个基本等于光速 c 的亚光速物资相悖而行,从咱们所处的参考系来看,很容易直不雅地以为它们的 “相对速率” 应该是 2c 。但这种宗旨是诞妄的,这里所以为的相对速率仅仅速率的意外旨重复。
在相对论中,速率永远只存在于两个坐标系之间,不会有第三个坐标系参与界说。这两个相悖而行的亚光速物资,它们之间真实相互以为的相对速率,通过相对论的速率变换公式进行加快运筹帷幄不错得知,是近乎于 c 的,并莫得栽培光速。
还有 “低速重复在远距离看起来的超光速”,全国彭胀便是典型例子。
自 20 世纪 20 年代好意思国天文体家埃德温・哈勃发现全国彭胀以来,多半不雅测标明,距离地球越远的星系,隔离地球的速率越快,在极辽远的星体正以超光速隔离咱们 。这是因为在微不雅活动下,全国中各处齐在发生着低速的彭胀分解,这些眇小的低速彭胀在宏不雅大活动上束缚重复,最终导致了极辽远星体看起来以超光速隔离。
打个譬如,假定有一把长度为 1 光秒的尺子,在一秒内尺子的每 1cm 齐彭胀成 2cm,从尺子两头来看,它们的隔离速率达到了光速 c 。但深入分析会发现,本质上这是由微不雅活动下低速的 1cm→2cm 的彭胀重复导致的,相对论并不谢绝这么一种看似超光速但本质上莫得实质信息、物资超光速传递的景观。
这些看似 “超光速” 的景观,齐从不同角度强调了在相对论中,对速率的界说以及对物资、信息传递速率截至的严谨性。相识这些内容,能匡助咱们更好地明白量子纠缠速率的特殊性,它和这些看似 “超光速” 的景观同样,天然表象上与咱们平方对速率的阐发不同,但本质上齐在物理规则的框架内,并不违反相对论。
量子纠缠的超光速景观,天然乍看之下与爱因斯坦相对论中对于速率的截至存在突破,但深入探究其本质会发现,两者本质上并非相互矛盾,而是在各自的限制内齐具有正确性和热切性。
相对论手脚当代物理学的热切基石,其对于速率截至的表面,在宏不雅世界和波及物资、能量、信息传递的场景中,接受住了无数实验和不雅测的西宾下载AG百家乐,为咱们相识全国中天体的分解、引力的本质等宏不雅景观提供了坚实的表面基础。从行星的轨说念开动到黑洞周围的时空袭击,相对论的表面齐能给出准确的解说和臆想。