超越光速：量子纠缠与缥缈快子

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还是说超光速，通过过去两天的节目，我们可以得知，截至目前，不论是人类自身努力，还是狂暴的宇宙活动，都无法创造出超光速运动的物质，相对论依然屹立不倒。但要注意，相对论所限制的，是那些速度原本就低于光速的物质，这样的物质，再怎么加速也达不到光速。但是，会不会存在某种物质，它原本的速度就超过光速呢？光速就是它速度的下限呢？1967年，美国物理学家杰拉尔德·范伯格，把这种假想粒子命名为“快子”。与普通物质一样，快子的速度既可以变慢也可以变快，但与普通物质相反的是，不论怎么变，快子的速度都要超过光速。而且违背常识的是，快子速度的变慢，需要获得能量，失去能量反而导致速度加快。在快子猜想被提出之后，物理学家又进一步提出了一个猜想，这就是构成物质世界的粒子总共有三大类，一类是总比光快的快子，一类是最高速度介于0到光速之间的粒子，这被称作慢子，最后一类就是总是以光速行进的粒子，比如光子和尚未被发现的引力子。Mzd微信群|微信群大全|微信群二维码|微信分享-珍图时光
可惜的是，关于快子，我们还了解得非常少，就连是否存在快子，也要打一个问号。1968年，美国物理学家托尔斯滕·阿尔瓦格等人，做了一系列实验，希望可以探测到快子。但是由于人们对快子的性质毫无了解，只知道它比光速快这一个性质，所以只能假定除了速度之外，快子的性质与通常的慢子完全相同。在实验中，阿尔瓦格将放射性物质，置于一个环形的铅壁之中，γ射线撞击铅原子，所产生的巨大能量将转化为物质，在这些物质中，人们可以探测到电子与正电子，同时阿尔瓦格猜测，撞击的瞬间还会成对生成快子与反快子，依据何在，咱也不知道。而如果快子出现，那么就可以通过探测切连科夫辐射，来间接地寻找快子。不过五十多年过去了，众多物理学家做了不计其数的类似实验，也没有发现快子的蛛丝马迹。另外，也有物理学家从根本上否定快子的存在，因为物质速度超越光速，可能会颠覆如今科学的根基——因果律，虽然这一点目前还存在争议，也虽然颠覆因果律，并不一定能成为快子不存在的理由，但毋庸置疑的是，寻找快子之路依然十分渺茫。Mzd微信群|微信群大全|微信群二维码|微信分享-珍图时光
不过千呼万唤不出来的快子，并没有打碎人类超光速通信的希望，所以今天要唠的最后一个话题，便是爱因斯坦口中的鬼魅般的超距作用——量子纠缠。要想说清楚什么是量子纠缠，其实很难，对于大多数理论物理学家，或是专门研究量子物理的博士来说，量子力学在他们脑中，无非就是一堆公式和符号，这也确实是量子力学本来的面貌。要想对这样的东西进行科普，我就明确告诉你，根本不可能。换句话说就是，让这些真正可以理解量子力学的人，去做关于量子力学的科普，他们所能达到的极限，也只能徘徊在科与普之间，最后搞的是既不科也不普，普通人看不懂，专业人士还嗤之以鼻，实在是费力不讨好。而现在那些号称自己什么给孩子讲量子力学、给忙碌者讲量子力学、给上班族讲量子力学，甚至还出了一本本书，推出了一档档付费节目，要么就是在硬普，要么就是自己也不懂，在网上一通洗稿。Mzd微信群|微信群大全|微信群二维码|微信分享-珍图时光
但我显然不是这样的人，长期关注节目的各位老板也都清楚，我本人本科毕业于中央音乐学院声乐专业，研究生和博士阶段，就读于麻省理工学院物理学系，后来成为英国皇家科学院的特邀学者，同时还在做一档娱乐节目，由于我本人非常忙，所以在此我以人格担保，咱这个节目不存在任何洗稿，我都是直接抄，抄来抄去，我就在玛雅论坛上，发现了一篇关于量子纠缠算是科普得比较到位的文章，现在我就给你念出来。Mzd微信群|微信群大全|微信群二维码|微信分享-珍图时光
关于量子纠缠，简单来说就是，把两个以上的粒子放在一个系统之中，由于每个粒子都具有波函数，它们其中一些粒子的函数，就会缠绕在一起，于是两个粒子就会共用新的函数，这就是纠缠粒子。对于这样的粒子来说，即便你把它们分开，一个放在地球，另一个放在银河系中心，那么对一个粒子进行测量，也会同时影响到另一个粒子，这种影响不受距离的限制，影响的传输是瞬时发生的，至于为什么会这样，不知道。目前一种比较合理的猜测是：在某种意义上，两个纠缠的粒子，其实就是一个粒子，只不过在三维空间看起来是不同的两个个体而已。Mzd微信群|微信群大全|微信群二维码|微信分享-珍图时光
总之不论真相如何，量子纠缠确实是超光速了，中科大潘建伟教授领衔的团队，曾在青海做过量子纠缠的下限速度实验，结果发现，量子纠缠的底线，是光速的一万倍，上限是多少，还不知道，应该是不知道高到哪里去了。目前大部分科学家认为，量子纠缠的速度上限是无穷大的，用速度描述它，已经没有任何意义。那么既然如此，我们可不可以利用量子纠缠，来实现信息的超光速传递呢？很遗憾，答案还是否定的。Mzd微信群|微信群大全|微信群二维码|微信分享-珍图时光
现在想象这样一种情况，我们在地球上制备了一对纠缠粒子A和B，现在我把A粒子放在地球上，通过宇宙飞船把B粒子给运到火星。地球和火星之间最近的距离为5460万公里，即便是光，也要走183-1秒。但我们知道，A和B粒子其实不管相距多远，都会处于纠缠态。所以如果我们在地球上对A进行测量，便会同时改变火星上B粒子的状态，反之也是如此。科学一点的说法是，纠缠粒子处于四种贝尔基，测量A，它就会坍缩成四种状态其中之一，与此同时，B粒子，也会坍缩成其中一个状态。更通俗地说就是，不测量A粒子，它的自旋值就处于上和下的叠加状态，而在测量A后，发现它的自旋为上，那么在火星上的B粒子的自旋，同时就会变为下。Mzd微信群|微信群大全|微信群二维码|微信分享-珍图时光
有了这样的关联后，似乎我们就可以实现信息的超光速传递了。现在我和西彬一起规定，粒子自旋为上代表0，自旋为下代表1。如此一来，我俩就可以根据二进制传递所有的信息的。比如说我坐火箭去火星，安全抵达之后，我要给西彬报个平安，发一串数字5201314，转换成二进制就是10011110101110110100010，收到信息之后，西彬马上就放心了，同时感受到了星辰大海般的无尽浪漫。如果我对火星上的B粒子，进行一秒一次自旋方向的操控，那么传递5201314这条信息，只需要23秒，而刚才说到，正常的通信，最短也需要182秒，如此一来，我们就实现了信息的超光速传递。Mzd微信群|微信群大全|微信群二维码|微信分享-珍图时光
但是很遗憾，我的爱意并不能在如此短的时间内，便抵达地球，因为自然规律否定了这种做法。事实上，我对B粒子进行测量得到的自旋方向，永远都是随机的，我根本无法按照自己的意愿，去操控粒子的自旋方向。总结一下就是，不测量纠缠粒子，A和B就处于纠缠的叠加状态，测量导致叠加态坍缩，彼此确定成相反的自旋方向。但粒子的自旋结果都是随机的，这就是量子的不可克隆性，也是量子加密通信的基础原理之一。Mzd微信群|微信群大全|微信群二维码|微信分享-珍图时光
当然了即便无法实现信息的超光速传输，但量子纠缠现象，确实展现了超光速的性质，那么量子世界中的这种超光速，是否违背了相对论呢？其实也没有违背，因为相对论只规定，物质的运动速度不可突破光速，量子纠缠只是一种自然现象，并不存在什么物质运动一说，也就是说，速度对于量子纠缠来说，已经没有意义。Mzd微信群|微信群大全|微信群二维码|微信分享-珍图时光
总之到目前为止，在人类的认识范围内，我们得出的结论是，物质可以传递信息，但速度不可以超过光速。反之，像是空间膨胀和量子纠缠这样的自然现象，可以超越光速，但却不能传递信息。传递信息和超光速，至少在目前，还是不可兼得的鱼和熊掌。那么这种限制能否打破？如果不能打破，它又会不会成为阻碍文明进一步发展的一道不可逾越的屏障，这些还都是未知数。但是就算不能打破，这又如何，正如一首诗这样写道：你看到的容颜，至少是3皮秒之前的；你听到的呢喃，至少是30微秒之前的；你嗅到的幽香，至少是300微秒之前的。你也不要忘记了记入、传输、解码这些信号的时间，就连你触到她柔荑的感觉，也在躯体中走过了漫漫长路。看吧，就连你眼前的这个人儿，你也只能看到她的过去，可是这并不能阻止你满怀爱意地筹划你们的未来Mzd微信群|微信群大全|微信群二维码|微信分享-珍图时光