爱因斯坦成立的相对论觉得物体的运动速率不可能超过光速,光速是宇宙中一切运动的最高速率。
然而,量子热学中的粒子纠缠现象具有超光速特性,虽然和相对论是矛盾的。
科学史上最不可思议的就是量子热学理论预测的“量子纠缠”。
量子纠缠是从量子热学的方程式中得下来的,之后经过试验否认。
量子热学预言,处于纠缠态的微观粒子,会保持互相关联。例如两个电子,一正一负,遇到一起,弄成了一对光子,这样两个光子会处于一种纠缠状态。
我们假如把这对光子拆分开,弄成了两个光子,虽然它们相隔10亿公里,一直处于纠缠态,保持着互相关联。我们确定了一个光子的状态,就可以立刻确定另一个光子的状态。
量子纠缠的神奇之处还有,当你对其中一个光子检测时会影响这个光子的状态,但是,这个光子会把这些影响顿时传到相距10亿公里的另外一个光子,这些影响的传播速率几乎是无穷大的,虽然两者之间相隔很远的空间距离,没有任何实物之类的东西相连,看上去没有任何方法可以彼此沟通,却可以顿时把信息传递给对方。
这个和爱因斯坦相对论光速在宇宙中速率最大明显相矛盾的,也是和相对论邻域概念【相对论觉得精典万有引力的超距作用是不存在的,物体首先影响周围空间,但是这些影响以光速一步一步是向外传播,之后影响空间中存在的别的物体】是格格不入的。
对量子纠缠的解释,爱因斯坦企图把问题简单化,而且和相对论不矛盾。
爱因斯坦觉得,处于纠缠态的一对光子,如今我们人为的把它们分拆,使它们远隔10亿公里,我们观察到一个光子的状态,几乎同时就可以确定10亿公里外相纠缠的另一个光子的状态。
这个好比一副手套,分别装在两个密封的包装盒上面,一个包装盒被一个宇航员带到10亿公里外的太空中时侯,我们在月球上打开另一个包装盒,发觉是右手套,我们立刻可以推断远在10亿公里外的宇航员包装盒上面是双手套。所以,爱因斯坦觉得没有真正的超光速。
然而,量子热学的创始人之一的波尔觉得量子物理三大理论量子纠缠观察者原理,人们在观察电子的运动之前,电子是以逆秒针或则是以顺秒针旋转运动,是不确定的,你看见了是逆秒针旋转,它才是这些状态,电子的运动状态在于你如何观察。
波尔还觉得,处于纠缠态的两个光子,我们就是把它们分拆开来,相格10亿公里,它们都可以保持彼此关联,它们之间的互相作用的信息的传播速率可以为无穷大。
波尔和爱因斯坦常年为粒子纠缠而争辩,这么谁是正确的呢?
1967年,意大利波兰学院,约翰·克劳泽(John)用实验否认了波尔的想法是正确的。此后德国化学学家阿兰·阿斯佩(Alain)进行了更明晰的测试,得到了愈加确定的结果,之后许多人做了类似实验,清除了一切疑惑,确定无疑波尔是正确的。
克劳泽与阿斯佩的结果相当惊人,她们证明了量子热学的多项式是正确的,纠缠是真实的,粒子可以突破空间障碍而互相关联——对其一进行检测,确实可以顿时影响到它远方的同伴,我们熟悉的空间障碍似乎不存在。爱因斯坦生前觉得不可能的“鬼魅般的超距作用”,确实存在。
虽然相对论中光速是宇宙中最大速率的观点只是在一些限定条件下才创立。严格的说,相对论中的光速最大,是指相对于我们观察者运动的物体的速率不会超过光速。
例如,两条外星人的飞船,相对于我们都是以0.9倍光速顺着一条直线相对运动,只是方向恰好相反,在我们观察者看来,这两个飞船之间的确是以1.8倍光速相对运动。只是两个飞船无论那一个,相对于我们观察者运动速率都没有超过光速。
根据相对论,相对于我们以光速运动的一个外星人飞船,虽然飞船宽度为10亿公里,因为光速飞行的飞船沿运动方向所在的空间厚度为零,所以,这个飞船在我们观察者看来顺着运动方向宽度10亿公里变为零。
构想在飞船前方和后方分别发生的一件事情,但是两件事情互相关联着,后方发生的事情是前方所造成。
飞船上面的观察者觉得两件事情相隔10亿公里,并且在我们观察者看来,两件事情发生在同一个地点。
如今我们构想外星人光速运动飞船忽然转换时空状态,从光速运动状态转换为静止状态,我们观察者觉得原本在外星人飞船同一个地点发生的两个事情,忽然弄成了相隔10亿公里彼此互相关联的两个事情。飞船前方发生的事情可以顿时【远超过光速】影响到后方。只是飞船内部的观察者觉得没有哪些异常。
如此看来,相对论和量子纠缠没有哪些绝对的矛盾量子物理三大理论量子纠缠观察者原理,两者不是不可调和。
然而,目前相对论有许多不彻底、自相矛盾的认识。
例如,相对论觉得物体的速率不能达到光速,然而,光子的速率哪些才能达到光速?
要正确的理解量子纠缠,关键是我们要认识到,自然界有一种运动是忽然的,就是从静止状态可以忽然变换到光速运动状态,速率的变化是不连续的,也就是加速度可以为无穷大。
相对论还保留了精典热学的一个认识,物体要达到光速,必需要要逐渐加速,仍然加速到光速,然而相对论的质速关系又觉得物体加速到光速质量弄成了无穷大,根据相对论质量和能量可以互相转化的质能多项式,这样要消耗无穷大的能量,所以,有人按照相对论说不可能把一个物体加速到光速。
然而,很显著,光子是以光速在运动?这个又如何解释?
统一场论【百度统一场论6版可以搜到】在这个问题上前进了一步。
统一场论觉得,宇宙任何一个具有质量为m的物体,周围空间都以光速率C【标量是c】运动,因此都具有一个静止动量P静=mC【标量式为p=mc】,
当物体以速率V运动时侯,因为光速不变和动量守恒,动量弄成了P动=m(C﹣V)【标量式为p=mc√(1-v/c)】,依照上式,我们可以看出,一旦物体运动速率V达到光速,假如要保证动量守恒,物体质量m就必须是无穷大,那么说物体的运动速率难以达到光速?
这个不是绝对的,还有一种可能,只要物体的静止质量m。弄成了零,根据相对论质速关系m。=m√(1-v/c),物体以光速运动的时侯,又要满足动量守恒定理。运动质量m可以不为无穷大。
统一场论强调,物体的运动速率可以顿时达到光速,而不须要一步一步的加速。统一场论强调了宇宙中存在着一种速率变化不连续的运动方式---质量变化。
统一场论给出了质量变化公式是F=(C-V)dm/dt。
统一场论觉得宇宙中任何具有质量、电荷的物体,都是周围空间以物体为中心、以光速发散运动引起的,物体周围空间的光速运动一旦消失,物体质量、电荷特点将消失。物体的静止质量将弄成了零。统一场论还强调,静止质量弄成了零的物体,会忽然以光速运动上去。
按照静止动量公式p=mc√(1-v/c)和相对论质速关系式m。=m√(1-v/c),可以看出,物体静止质量m。倘若为零,运动质量m是一个正常的量,要求满足动量守恒条件的话,必需要√(1-v/c)=0,也就是v=c,也就是物体运动速率v必须是光速。
例如正负电子,统一场论觉得正电子周围空间以正电子为中心,以光速发散运动,负电子周围空间从无限远处,以光速向负电子凝聚而至,正负电子假如相遇,周围空间的光速运动一进一出而互相抵消,所以,周围空间的光速运动消失,这样,正负电子质量和电荷特点消失,就忽然以光速运动上去。这样正负电子弄成了一对光子,这个就是人们常说的湮没。
其实,我们对相对论深入理解,加上统一场论的出现,我们可以化解相对论和量子热学之间的矛盾。