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1 # 清明的星空
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2 # 火星一號
關於“超光速”的現象,先要來簡單說明一下光速的性質。狹義相對論已經表明,光速是資訊和能量傳播速度的上限,全世界的各種粒子加速器都能證明,給一個質量只有10^-27千克的質子提供巨大的能量,也無法使其運動速度超過光速。
這種速度上限源自於光速不變性,任何參照系中的觀察者測出同一束光(或者說所有光)在真空中的傳播速度都是相同大小的光速。而光速的不變性會導致相對的時間和空間,對於速度越快的參照系,會出現尺縮和鐘慢的效應,從而保證速度不會超過光速。儘管如此,宇宙中確實存在某些“超光速”現象,並且它們與狹義相對論也不矛盾。
此刻與我們相距大於140億光年的星系相對於我們超光速,但這並不是因為它們在靜態空間中快速運動所引起的,而是因為空間正在持續膨脹。由於所有空間都在不間斷地擴張,導致兩個星系的距離每多出326萬光年,它們之間的空間拉伸,就會使它們的退行速度相應增加70千米/秒。因此,只要兩個星系的距離大於140億光年,它們的遠離速度就會增加到超光速。而在宇宙誕生10^-35秒後,空間曾還有可能經歷過極其快速的暴脹過程,空間中的物質的退行速度會遠遠超過光速。但這種超光速現象的起因是空間拉伸,而非物體本身的運動,它們相對於靜態時空的運動速度始終低於光速。
量子糾纏也會超光速。如果有一對糾纏的粒子,然後把它們分別置於兩個相距十分遙遠的地方,如果測量其中某個粒子的性質(比如自旋),我們立馬就能知道另一個遙遠粒子的對應性質。但這種現象也沒有打破定域性原理,因為這種資訊是無用的,我們並不能用它們傳遞真正有用的資訊。打個比方,一雙鞋子中的兩隻分別被裝到兩個盒子中,然後把兩個盒子分別放到相距遙遠的地方,只要開啟其中一個盒子看到它是左腳鞋子還是右腳鞋子,我們瞬間就能知道另一個遙遠盒子中的鞋子是左腳還是右腳。
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3 # 壹點科譜
光速是現有所有物理定律中不可超越的速度。所有物質都不可能達到這樣的速度。要說宇宙超光速現象,也有,但是我可以這樣說,或許宇宙從誕生到現在,只出現過一次。
那就是宇宙大爆炸,我們知道現有宇宙年齡透過宇宙微波背景,大致年齡為138億年。但是宇宙直徑根據推測已經達到450多億光年,保守膨脹直徑可以達到920億光年。這說明什麼問題,如果宇宙膨脹速度沒有超過光速,那麼宇宙直徑不可能超過138億光年。但事實上,宇宙直徑早就超過了138億光年。
那麼,宇宙誕生之時,奇點爆炸很有可能就是把物質以超光速拋射。隨後速度才有所下降,達到了今天的宇宙規模。
還有一種虛無縹緲的東西也被認為是超過光速的。這種東西類似於人類的心電感應。它就是量子糾纏。
在量子力學裡,當幾個粒子在彼此相互作用後,由於各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質。具有糾纏態的兩個粒子無論相距多遠,只要一個發生變化,另外一個也會瞬間發生變化。就比如說兩個人,一個人在地球一個人在月球,地球上的人突然手疼了,月球上的人馬上也手疼知道對方狀況。愛因斯坦指出,這種糾纏甚至可以跨越四維空間。彷彿冥冥之中的心電感應,再遠距離,二者皆為一體。
量子通訊就是根據量子糾纏研究的最新成果,可以說,藉助量子糾纏的特性,量子通訊是絕對無法竊聽的。兩個糾纏態的粒子,只要其中一個粒子的量子態發生變化,另外一方的量子態就會隨之立刻變化,根據量子理論,宏觀的任何觀察和干擾,都會立刻改變數子態,引起其變化,因此竊取者由於干擾而得到的資訊已經破壞,並非原有資訊。
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自從愛因斯坦狹義相對論橫空出世後,真空中的光速就被設定為宇宙中不可逾越的常量。它表明了任何具有靜止質量的物質,其運動速度都無法達到或超過光速。就是說能量和資訊的傳遞不可突破光速。
不過,一個世紀以來,也有很多不信邪的科學家不斷的尋找超光速的物質,試圖推翻或修改關於光速極限這個理論,順便揚名立萬。不過這些挑戰者都沒能成功,相對論依然牢牢地限定了這個宇宙速度的上限。但跳出狹義相對論的限制,科學家還是找到了幾個超光速的現象。
1.宇宙誕生那開始一刻的爆脹階段現代的宇宙大爆炸模型表明,在約140億年前,宇宙大爆炸開始那一刻,存在一個爆脹階段,即宇宙在10^-33(十億億億億分之一秒)秒內,宇宙的尺度突然增大了10^26(一百億億億)倍,這就相當於一粒塵埃在一瞬間膨脹到10個銀河系這麼大,這個膨脹速度是遠遠超過光速的。
但這是空間自的膨脹,並不是物質的運動速度,所以不能認為是物質運動速度超過了光速。這種超光速現象並沒有違反相對論。
2.既熟悉又陌生的量子糾纏對於量子糾纏這個概念,或者說是這個詞,相信很多人都透過各種媒體所聽說了。
在人們的印象中,量子糾纏現象是一種超乎尋常的超距作用。在微觀世界裡,一對糾纏粒子,如果被置於兩地,不管它們相距多麼遙遠,即使一個粒子在地球,另一個粒子遠在百萬光年之外的地方,都會同時感應到彼此,並且這種感應是不需要時間的。這種現象在宏觀世界看起來是超乎常理的。
而且,現代物理研究已經表明,量子糾纏的速度至少是光速的四個數量級,也就至少是光速的1萬倍,注意,這只是量子糾纏速度的下限!至於上限,那就不知道高到哪裡去了。
但這並不能表明,量子糾纏中,似乎相距極遠的糾纏粒子之間可以進行超光速的資訊傳遞。量子力學理論認為,兩個糾纏的粒子之間不管相距多麼遙遠,在觀測之前它們仍然是協調的一體,是處於不確定狀態。當你對一個量子進行了測量行為,才會引起波函式的坍縮,從而確知另一個量子的狀態。但另一端也必須對另一個量子進行測量,才可能知道它的狀態,所以那些妄想用量子糾纏進行超光速的資訊傳遞是不可能實現的。
3.超越光速的粒子——快子1967年,美國哥倫比亞大學範伯格提出一種假設,他認為,在宇宙空間中存在另一個由速度超過光速的粒子——“快子”組成的宇宙,在這由“快子”組成的宇宙空間中,一個能量為零的粒子速度是以無窮的,而且這些粒子獲得的能量越多,運動速度反而越慢,當它們獲得無窮大能量後,速度才減慢到光速。就是說,“快子”的速度下限是光速。
不過既然“快子”速度比光還快,我們如何才能發現它呢?科學家們預測,如果快子在我們的附近出現,我們將同時看到它出現及反向離去的軌跡。不過到目前為止,人們還沒有找到快子存在的任何證據。
一些科學家指出,一旦發現並證實有些粒子確實超過了光速,那將徹底改變人類對整個宇宙存在的看法,甚至改變生命存在的模式。也有一些觀點認為,宇宙中一些地方可能還存在其他未知維度,一些粒子正是抄了其他維度的“近路”,才看起來“跑”得比光快。