愛因斯坦成立的相對論覺得物體的運動速率不可能超過光速,光速是宇宙中一切運動的最高速率。
然而,量子熱學中的粒子糾纏現象具有超光速特性,雖然和相對論是矛盾的。
科學史上最不可思議的就是量子熱學理論預測的“量子糾纏”。
量子糾纏是從量子熱學的方程式中得下來的,之后經過試驗否認。
量子熱學預言,處于糾纏態的微觀粒子,會保持互相關聯。例如兩個電子,一正一負,遇到一起,弄成了一對光子,這樣兩個光子會處于一種糾纏狀態。
我們假如把這對光子拆分開,弄成了兩個光子,雖然它們相隔10億公里,一直處于糾纏態,保持著互相關聯。我們確定了一個光子的狀態,就可以立刻確定另一個光子的狀態。
量子糾纏的神奇之處還有,當你對其中一個光子檢測時會影響這個光子的狀態,但是,這個光子會把這些影響頓時傳到相距10億公里的另外一個光子,這些影響的傳播速率幾乎是無窮大的,雖然兩者之間相隔很遠的空間距離,沒有任何實物之類的東西相連,看上去沒有任何方法可以彼此溝通,卻可以頓時把信息傳遞給對方。
這個和愛因斯坦相對論光速在宇宙中速率最大明顯相矛盾的,也是和相對論鄰域概念【相對論覺得精典萬有引力的超距作用是不存在的,物體首先影響周圍空間,但是這些影響以光速一步一步是向外傳播,之后影響空間中存在的別的物體】是格格不入的。
對量子糾纏的解釋,愛因斯坦企圖把問題簡單化,而且和相對論不矛盾。
愛因斯坦覺得,處于糾纏態的一對光子,如今我們人為的把它們分拆,使它們遠隔10億公里,我們觀察到一個光子的狀態,幾乎同時就可以確定10億公里外相糾纏的另一個光子的狀態。
這個好比一副手套,分別裝在兩個密封的包裝盒上面,一個包裝盒被一個宇航員帶到10億公里外的太空中時侯,我們在月球上打開另一個包裝盒,發覺是右手套,我們立刻可以推斷遠在10億公里外的宇航員包裝盒上面是雙手套。所以,愛因斯坦覺得沒有真正的超光速。
然而,量子熱學的創始人之一的波爾覺得量子物理三大理論量子糾纏觀察者原理,人們在觀察電子的運動之前,電子是以逆秒針或則是以順秒針旋轉運動,是不確定的,你看見了是逆秒針旋轉,它才是這些狀態,電子的運動狀態在于你如何觀察。
波爾還覺得,處于糾纏態的兩個光子,我們就是把它們分拆開來,相格10億公里,它們都可以保持彼此關聯,它們之間的互相作用的信息的傳播速率可以為無窮大。
波爾和愛因斯坦常年為粒子糾纏而爭辯,這么誰是正確的呢?
1967年,意大利波蘭學院,約翰·克勞澤(John)用實驗否認了波爾的想法是正確的。此后德國化學學家阿蘭·阿斯佩(Alain)進行了更明晰的測試,得到了愈加確定的結果,之后許多人做了類似實驗,清除了一切疑惑,確定無疑波爾是正確的。
克勞澤與阿斯佩的結果相當驚人,她們證明了量子熱學的多項式是正確的,糾纏是真實的,粒子可以突破空間障礙而互相關聯——對其一進行檢測,確實可以頓時影響到它遠方的同伴,我們熟悉的空間障礙似乎不存在。愛因斯坦生前覺得不可能的“鬼魅般的超距作用”,確實存在。
雖然相對論中光速是宇宙中最大速率的觀點只是在一些限定條件下才創立。嚴格的說,相對論中的光速最大,是指相對于我們觀察者運動的物體的速率不會超過光速。
例如,兩條外星人的飛船,相對于我們都是以0.9倍光速順著一條直線相對運動,只是方向恰好相反,在我們觀察者看來,這兩個飛船之間的確是以1.8倍光速相對運動。只是兩個飛船無論那一個,相對于我們觀察者運動速率都沒有超過光速。
根據相對論,相對于我們以光速運動的一個外星人飛船,雖然飛船寬度為10億公里,因為光速飛行的飛船沿運動方向所在的空間厚度為零,所以,這個飛船在我們觀察者看來順著運動方向寬度10億公里變為零。
構想在飛船前方和后方分別發生的一件事情,但是兩件事情互相關聯著,后方發生的事情是前方所造成。
飛船上面的觀察者覺得兩件事情相隔10億公里,并且在我們觀察者看來,兩件事情發生在同一個地點。
如今我們構想外星人光速運動飛船忽然轉換時空狀態,從光速運動狀態轉換為靜止狀態,我們觀察者覺得原本在外星人飛船同一個地點發生的兩個事情,忽然弄成了相隔10億公里彼此互相關聯的兩個事情。飛船前方發生的事情可以頓時【遠超過光速】影響到后方。只是飛船內部的觀察者覺得沒有哪些異常。
如此看來,相對論和量子糾纏沒有哪些絕對的矛盾量子物理三大理論量子糾纏觀察者原理,兩者不是不可調和。
然而,目前相對論有許多不徹底、自相矛盾的認識。
例如,相對論覺得物體的速率不能達到光速,然而,光子的速率哪些才能達到光速?
要正確的理解量子糾纏,關鍵是我們要認識到,自然界有一種運動是忽然的,就是從靜止狀態可以忽然變換到光速運動狀態,速率的變化是不連續的,也就是加速度可以為無窮大。
相對論還保留了精典熱學的一個認識,物體要達到光速,必需要要逐漸加速,仍然加速到光速,然而相對論的質速關系又覺得物體加速到光速質量弄成了無窮大,根據相對論質量和能量可以互相轉化的質能多項式,這樣要消耗無窮大的能量,所以,有人按照相對論說不可能把一個物體加速到光速。
然而,很顯著,光子是以光速在運動?這個又如何解釋?
統一場論【百度統一場論6版可以搜到】在這個問題上前進了一步。
統一場論覺得,宇宙任何一個具有質量為m的物體,周圍空間都以光速率C【標量是c】運動,因此都具有一個靜止動量P靜=mC【標量式為p=mc】,
當物體以速率V運動時侯,因為光速不變和動量守恒,動量弄成了P動=m(C﹣V)【標量式為p=mc√(1-v/c)】,依照上式,我們可以看出,一旦物體運動速率V達到光速,假如要保證動量守恒,物體質量m就必須是無窮大,那么說物體的運動速率難以達到光速?
這個不是絕對的,還有一種可能,只要物體的靜止質量m。弄成了零,根據相對論質速關系m。=m√(1-v/c),物體以光速運動的時侯,又要滿足動量守恒定理。運動質量m可以不為無窮大。
統一場論強調,物體的運動速率可以頓時達到光速,而不須要一步一步的加速。統一場論強調了宇宙中存在著一種速率變化不連續的運動方式---質量變化。
統一場論給出了質量變化公式是F=(C-V)dm/dt。
統一場論覺得宇宙中任何具有質量、電荷的物體,都是周圍空間以物體為中心、以光速發散運動引起的,物體周圍空間的光速運動一旦消失,物體質量、電荷特點將消失。物體的靜止質量將弄成了零。統一場論還強調,靜止質量弄成了零的物體,會忽然以光速運動上去。
按照靜止動量公式p=mc√(1-v/c)和相對論質速關系式m。=m√(1-v/c),可以看出,物體靜止質量m。倘若為零,運動質量m是一個正常的量,要求滿足動量守恒條件的話,必需要√(1-v/c)=0,也就是v=c,也就是物體運動速率v必須是光速。
例如正負電子,統一場論覺得正電子周圍空間以正電子為中心,以光速發散運動,負電子周圍空間從無限遠處,以光速向負電子凝聚而至,正負電子假如相遇,周圍空間的光速運動一進一出而互相抵消,所以,周圍空間的光速運動消失,這樣,正負電子質量和電荷特點消失,就忽然以光速運動上去。這樣正負電子弄成了一對光子,這個就是人們常說的湮沒。
其實,我們對相對論深入理解,加上統一場論的出現,我們可以化解相對論和量子熱學之間的矛盾。