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爱因斯坦提出了狭义相对论以后,科学家们设计了很多思维实验,试图挑战光速不可超越这一点。也给大众留下了很多超光速的认知误区。
一、刚体悖论
1. 一种超光速的认知误区是刚体悖论。比如孙悟空把金箍棒伸长到月亮上,然后推一下金箍棒的一端,月亮上的嫦娥会马上感受到金箍棒的另一端动了一下,这难道不就是超光速传递信息吗?
2. 对于此类超光速的解释是,世界上不存在绝对的刚体。孙悟空推动的只是金箍棒一端的原子,这些原子会把移动传递给后面的原子,这种传递的速度其实是机械波的传播速度;
3. 与此类似的还有刚体旋转的思维实验。比如孙悟空把金箍棒伸长到银河系的中心,然后用力挥舞金箍棒,金箍棒的另一端好像可以很容易的超过光速。这些思维实验都假设了金箍棒是绝对坚硬的钢体,但实际上,任何物体都会在受力的时候发生形变;
金箍棒也不是绝对的刚体
二、不传递信息的超光速
4. 另一种超光速的认知误区是不传递信息的超光速。比如用一盏大功率探照灯照射月球表面,然后用手在探照灯前迅速划过,在月球上就会有手的影子从表面的一端移动到另一端,这难道不也是超光速移动吗?
5. 这里的关键在于影子是不携带任何信息的。月亮上一端会出现影子,并不是因为影子从另一端移动过来,而是因为手在探照灯前划了一下,这个动作要大概1.3秒之后才会在月亮上产生影子的移动。而不同时刻的影子之间没有因果关系;
6. 与此类似的思维实验还有用激光笔照射月球表面,然后快速挥舞激光笔;或者造一块非常大的LED显示频,让图像从一端快速移动到另一端……这些在理论上都可以做到,但都是不传递信息的超光速;
三、量子纠缠
7. 量子纠缠是一种比较高级的超光速的认知误区,连爱因斯坦都踩过量子纠缠的坑;
8. 根据量子力学的哥本哈根诠释,处于纠缠态的两个量子系统,无论相隔多远,只要其中一个系统的状态被探测,就可以立刻知道另一个系统的状态,这难道不就是一种超光速吗?
量子纠缠下的超距作用
9. 量子纠缠确实是一种超距作用,但并没有速度的概念。因为处于纠缠态的两个系统本就是一体,坍缩的过程完全是随机的,并没有任何信息的传递,观察者也完全无法控制探测后的状态。
严老师,我突然有一个疑问,宇宙的红移现象,距离我们越远的星球越快的远离我们,又宇宙目前看来无限大,那么,总存在离我们足够远的星球以超光速远离我们?
严伯钧 回复 @1884083zfqc: 宇宙不是无限大,但确实有超光速原理我们的星球。
老师好,我对不传递信息这个概念不是很明白,有机会能讲一下吗?还有量子纠缠,真的不传递信息吗?我做个假设,当我测量的时候,其中一个量子的状态就确定下来了,那么另外一个量子的状态也随着确定对吗?假如我们做好约定,一旦量子态坍塌,就表示“是”,那么这不就是传递了有效信息吗?
严伯钧 回复 @木风亻子: 问题就在于你测量的时候没法确定是你自己的测量导致的坍缩,还是对方测量导致的。
如果金箍棒是“水滴”那种科幻中的“强力”产物呢?或者是中子星物质构成的呢?会不会变成刚性?
严伯钧 回复 @1382837nrla: 只要是由粒子组成的就肯定需要振动的传递,就需要时间。水滴也只是粒子密度比较大而已。
严老师,有一根很长的杆,把一端固定在一个位置,然后在另一端慢慢的移动(绕固定点转动)这根杆,那么如果杆足够长,靠近固定的那一端的部分的运动会极其缓慢。如果转动的那一端只转动了1cm,那么靠近固定的那一端的某个点运动的距离可能小于普朗克长度,但是现实中不可能小于普朗克长度,这里的问题出在哪了
严伯钧 回复 @很优秀的人: 可能相邻两个粒子之间的距离无法短到让这种事发生。
单独的影子是不会传递信息,可是有规矩或频率的滑动影子是不是就可以像密码一样传递一些信息呢?
严伯钧 回复 @沉心静香: 就是影子产生的原因是远处的光被遮挡了造成的,想要传递信息也只能以这个为基础。比如你想用光照和光灭发一串摩斯密码,这串密码信息最快也只能以光速传播。
那我把曲率飞船加速到超光速然后把引擎关掉,会发生什么?
严伯钧 回复 @锦鲤是帅哥: 又降下来了,曲率飞船需要时刻扭曲时空。
老师,您好。那个旋转银河直径长度金箍棒的模型里,比如中心转了180度,虽然这个机械运动像一根软面条一张以声速向外传播,但到了尽头的时候,哪里的线速度还是可以超过光速的啊?
严伯钧 回复 @黄金套筒: 你是说叠加之后么?速度越快经典意义上的速度叠加原理,也就是平行四边形法则就不适用了。
假设原子是一排排被推动,以声速推进。原子与原子之间还是存在电磁力的。推动是一个挤压力,其它原子也同样会被挤压走,原子并排推进,待斥力和引力平衡以后,形变结束。这样假设我觉得亚光速有可能,假设声速也太慢了,光与声差距太大了。这样如果在空间中看,金箍棒会大幅缩短,并还原,越远差距越明显。原子与原子之间间隙很大,我们为什么看到的是不透明的呢?难道光子被吃了?
严伯钧 回复 @烈焰凌飞: 材料单元里讲过金属为啥不透明。
如果由黑洞物质构成的弦
严伯钧 回复 @古月胡浩: 是弦论中的弦么?那是宇宙的基本单位啊,不会由其它东西构成的。
刚体里面粒子间传递的是声速,请解释一下公园里大爷挥舞鞭子造成的音爆。
严伯钧 回复 @木木_8ue: 这二者之间有啥关系么?