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我們經常會看到、聽到一個宇宙中的基本事實:宇宙中的極限速度是光速。這句話其實是不對的,至少描述的不完整,因此正是這句不完整的表述就造成了很多人的困擾,於是就出現了各種超光速的版本,讓人懷疑這個物理學的基本假設是不是有問題。

例如在量子力學裡的兩個共生粒子的超遠距離糾纏現象,還有宇宙的膨脹速度超光速的現象,以及高能粒子在介質中的超光速現象(切倫科夫輻射),甚至是問題中所說的人類的思維超光速的現象?

以上的例子所發生的事件確實都超過了光速,而且有些還比光速要快得多,甚至是瞬間發生作用。那麼問題是這些事件是否都違揹物理學原理呢?

首先我們要理解的是:物理學對極限速度的基本命題中導致限制的是什麼?其實物理學對極限速度的準確描述是:在宇宙中,任何資訊和能量的傳遞速度不能超過299792458米/秒,這個速度正好是真空中的光速。當然光子自身也是一種能量,並且也攜帶資訊,因此它也受到了這個速度的限制。

而宇宙中任何我們能看到的物質都是由簡單的質子、中子和電子組成的,這些粒子本身就是一堆資訊或者能量,因此它們的速度也不能超過真空中的光速。就連我們看不見、摸不著的中微子和暗物質粒子也是一樣的,它們雖說不參與電磁相互作用,但也是一種能量的形式,其運動速度也受真空中光速的限制。下面的問題是為何宇宙中的資訊傳播的極限速度正好是真空中的光速呢?

根據狹義相對論,任何品質/能量物體只能無線的逼近真空中的光速,但不能達到更不能超越,因為品質/能量物體的速度越高其攜帶的動能越高,也就是相對論品質越高,無限逼近光度的物體其相對論品質會變得無窮大,而想要繼續加速這樣的物體則需要無窮的能量,由於我們可觀測宇宙是有限的,因此我們在理論上也無法獲得無窮的能量。我能感覺到,你對這種解釋有些麻木了,可能不相信。其實還有另外一種解釋,我簡單地說一下。

其實在宇宙中除了極限速度這個限制外,還有一個不為大家熟悉的極限能量(也叫做GZK極限),描述的就是宇宙中更能粒子所攜帶的能量在理論上的一個極限值,也就是說,任何粒子所攜帶能量只能到達GZK極限(5×10^19電子伏特),高於這個能量就會於宇宙中微波背景輻射中的光子發生相互作用,產生Π介子直到能量降低到這個值以下。而這個能量值所對應的速度正好就是和光速基本無法區分的速度。

這就是為什麼大型強子對撞機中的質子永遠只能無線的逼近光速,甚至達到了99.99999%的光速,但就是無法到達。這樣解釋了為什麼宇宙中一些超大品質黑洞的磁場強度超過了人類對撞機的萬億倍,但也沒有創造出高光速的粒子,至少我們在地球上沒有檢測到這樣的粒子存在。

掌握了以上的知識,剩下的問題就好解決了。量子糾纏超光速了?宇宙膨脹超光速了?思想超光速了?是的,它們超光速了,但是它們不傳遞任何資訊,所以不違揹物理學原理。即使它們超光速,也不會對其他任何事物造成影響。

量子糾纏是兩個共生的粒子,它們從被創造出來以後就處於糾纏狀態,假如每一個粒子都擁有兩種自旋狀態的疊加態,但是隻要我們測量一個粒子,這個粒子變現出來自旋向上,我們就會立即知道另外一個粒子的是自旋向下,無論相隔多遠,另外一個粒子都會瞬間做出反應。那麼能用這種自旋的變化,傳遞資訊嗎?不能,因為你每次測量一個粒子時,它給出你的自轉狀態都是隨機的,因此我們無法利用實先約定好的訊號來傳遞資訊。因此,量子糾纏這種超距離作用可以在宇宙中存在,但是目前來看沒有任何卵用。

再說宇宙碰撞吧,它確實比光速快的多!然後呢?它能傳遞什麼資訊?並不能,而且我們也認為星系的遠離是中間空間膨脹的結果,並不是星系在運動,相反以星系的視角來看,它並沒有相對於周圍的空間在動。因此這種超光速不傳遞任何資訊,也不違揹物理學原理。

思想呢?其實我想說的是思想這玩意真的很抽象,我們很難去定義它,它看起來更像是以臺計算機的處理速度,例如:一秒鐘能傳輸多少位元的資訊!這跟光速是完全不同的物理概念,貌似也沒法比!但是,我們也可以勉強把它們放到一起來看一看,思想超光速了嗎?如果是,違背了物理學原理嗎?

我們經常那思想說事的時候都會說:我能瞬間從原子尺度想到銀河系的尺度,我的思維能瞬間從銀河系邊緣會到地球,這種速度是光速不能及的。確實比光速快!但是你的思想產生了什麼實質的影響了沒有?並沒有!你不能以你的思想去影響遠在千里的任何事物,也就是說,你不能用你的思想去傳遞資訊。如果你能瞬間讓某人知道你在想什麼,這才違背了物理學原理,但是你辦不到,你最多就是想了以後,通過打電話告訴某人你的想法,估計這是你的思想影響他人或者外界的事物最快的速度。

總結一下就是,超光速沒啥大驚小怪的,要是能以高光速的速度就傳遞資訊這才了不得。在宇宙之中任何事物之間的相互作用都必須在光速下進行,沒有超光速的資訊傳遞,這才是宇宙的基本法則。

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