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理论背景:相对论和量子力学是20 世纪物理学的两大理论基石。然而,这两个理论却并不相容。一方面,相对论禁止任何超光速的物质运动和信息传输,另一方面,量子力学却允许某种超光速影响的存在。1935年,Einstein 与Podolsky 和Rosen 共同发表了一篇后来被称为EPR 的著名文章。在这篇文章中,他们论证了量子力学与相对论的不相容性,从而暗示了如果量子力学的预言是正确的,那么超光速现象必然存在。根据量子力学,在相互纠缠的微观粒子(如电子、光子等)之间存在某种超光速关联,并且如果对其中的一个粒子进行测量,另一个粒子将会瞬时“感应”到这种影响,并发生相应的变化,无论它们相距多远。1964 年,Bell 在这一方向上迈出了决定性的一步,他在EPR 文章的基础上进一步提出了著名的Bell 定理 ,从而使量子超光速关联现象的存在可以通过实验来证实。至今,人们已进行了大量实验来检验Bell 定理,其中最有代表性的是Aspect 等人于1982 年所做的实验 。这些实验的结果基本上证实了量子力学的预言,并显示了微观粒子之间的确存在超光速关联和影响。

如何理解量子纠缠态『鬼魅』般的超距作用?

科学家很早就提出了宇宙存在额外空间维度的假说,通过额外维度可以在不违反爱因斯坦相对论的前提下解释量子纠缠态超距作用。

让我们进入一段烧脑的思维试验之旅:

空间有三个维度,再加一个和其他三个方向垂直的维度似乎很难想象。其实我们做一个二维平面的类比就很容易理解。

假设我们的三维空间是一张平面,在这个平面的上方加入一个额外维度——一把固定夹角的圆规,两脚与平面在A、B两点重合。如果此时移动任意一个圆规的脚,另外一只脚就会实时移动,观察其中一只脚的移动,就可以知道另外一只脚的移动状态。

这个比喻是不是很像量子纠缠理论描述的现象?

这时可能有人要问了:

A点的运动状态通过圆规传播到B点也是需要时间的,这个速度不可能超过光速。

你的问题一点都没错,我也坚信没有任何物质或者信息的传播速度会超过光速。怎么解决这个问题呢?接着往下看。

让我们保持A、B两点位置不变慢慢缩短圆规两脚的距离,同时将平面顺着圆规两脚方向折叠起来,直到圆规两脚夹角为180度,此时在圆规这个额外维度AB距离变得比在平面内AB两点的距离要短了,到这里有些同学已经猜到超光速的秘密了。

**,继续缩短圆规圆规两脚尖的距离,直到数字变成零。嘭!AB点重合了。

请问,AB两点重合时,运动状态的传递还需要时间吗?

什么是超距?就是没有距离。时间=距离/速度,分子——距离=0,不管分母——速度是多少,时间都等于0。

在这个例子中,光速是不变的,在平面中传播的距离始终是一开始那么多,虽然后来平面弯曲了,AB两点在平面内的距离还是没有变化,应为光线只能限定在维度——平面里传播。而能够在额外的纬度里传播的就是量子纠缠效应。

我们不要满足地停留在这里,缓一缓继续向深处思考。

实际上我们宇宙的任何位置都可以实现量子纠缠效应,因此除了AB两点还有C、D、E、……无数个,就是说宇宙空间中的所有点都可以通过一个额外维度两两相连接,这个额外维度实际上就是一开始AB通过圆规重合的那个点!

听起来不可思议,也没有办法在二维平面提出可以类比的假设,但实际上只有这样才说的通——我们的三维宇宙空间在另外一个维度是重合在一个点上的,或者说额外维度蜷缩成为了一个点,这个点同时又和宇宙中的所有点重合。

事实上这个点就是科幻小说中可以连接宇宙遥远距离的『虫洞』,但它是一个只有位置没有大小的点,没办法传送任何物体。

也许在宇宙从一个无限致密的起点大爆炸创生的时候,只有三个维度伸展开来,形成了我们的宇宙。额外的维度(也许额外的维度并非只有一个)并没有展开,但它的存在从量子纠缠这个现象漏出了端倪,等待着人类不断冲破自己的认知,去发掘宇宙时空的终极奥秘。

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