超越光速的两大现象：量子纠缠和宇宙膨胀是如何做到的？
光速是宇宙中所有物质运动的极限，也是时间和空间的基本尺度。爱因斯坦的相对论告诉我们，光速不变并且无法被超越，这是一个普遍的定律。然而，科学家们却发现了两种神奇的现象，它们似乎可以违反这个定律，那就是量子纠缠和宇宙膨胀。这两种现象都涉及到超光速的效应，那么它们是如何做到的呢？它们又意味着什么呢？本文将为你揭开这个谜团。
为什么有静止质量的物体永远达不到光速
光速是指在真空中，光的速度是恒定的，约为30万公里每秒。1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，认为光速不变并且无法被超越。他基于两个假设：一是物理定律在所有惯性系中都相同；二是真空中的光速对于所有惯性系都相同。基于这两个假设，他推导出了一系列令人震惊的结论，比如时间的相对性、长度的收缩、质量的增加、质能方程式等。其中关于不能超光速的描述如下：有静止质量的物体永远达不到光速，理论上只能无限接近于光速；没有静止质量的物体只能以光速运动；如果有什么 东西能够超过光速，那么就会出现因果律被颠倒的悖论。
为什么光速无法被超越呢？答案就在质能方程式里。该方程表明能量等于物体质量乘于光速的平方。这代表着物质的质量越大，则其蕴含的能量越大。例如，一个运动的物体相对于静止状态，由于它附加了动能，根据上述方程式，其质量是大于相对静止时质量的。我们是否可以将一个物体加速到超越光速的状态呢？答案是否定的，事实上，想把一个物体加速到光速，需要的能量将会是无穷大，而宇宙中不存在可以提供无限大的能量的物质，因此不可能把一个物体加速到光速。而且，在接近光速时，物体会变得非常重，并且时间会变得非常慢。这些效应使得加速变得非常困难。所以我们说，在空间中运动的物质和信息都不能超过光速。
量子纠缠是否违背光速不可超越
量子纠缠是一种奇特的现象，它表明两个或多个量子系统之间可以存在一种非常强的联系，即使它们相距很远，也可以同时影响彼此的状态。量子纠缠最早由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出，他们认为这是一种不可能的现象，因为它违反了相对论中的因果律和局域性原理。他们把这种现象称为“鬼魅般的超距作用”，并试图用隐变量理论来解释它。然而，后来的实验表明，量子纠缠确实存在，并且没有任何隐变量可以解释它。量子纠缠被认为是量子力学中最奇妙也最难以理解的现象之一。那么量子纠缠是如何实现超光速的呢？我们可以用一个简单的例子来说明。
假设有两个光子A和B，它们在一个源头处被产生，并且被纠缠在一起。这意味着A和B之间有一种特殊的关系，它们共享一个总的状态，但是各自的状态却是不确定的。例如，A和B都有一个属性叫做自旋，它可以向上或向下。但是在没有测量之前，我们无法知道A或B具体是向上还是向下，只能说它们有50%的概率是向上或向下。当我们对A进行测量时，我们就可以确定A的自旋方向，比如说是向上。那么根据量子纠缠的原理，B的自旋方向也会立刻确定为向下。这个过程是瞬时的，并且不受距离的影响。即使A和B相距千万光年，也会同时发生。这就好像A和B之间有一条隐形的线连接着，当我们拉动其中一个时，另一个也会跟着动。这种效应看起来就像是超越了光速，因为信息似乎在瞬间从A传递到了B。但实际上，并没有任何信息被传递。因为我们无法控制A或B的自旋方向，它们都是随机的。我们也无法用这种方式来发送任何有意义的信号。所以这种效应并没有违反相对论中的因果律，也没有破坏光速的极限。它只是表明了量子世界中存在一种非常奇特的联系，它超越了我们对时间和空间的常识。
宇宙膨胀是否违背光速不可超越
宇宙膨胀是指宇宙中的空间正在不断地扩张，导致宇宙中的物质相互远离。这一现象是由哈勃在1929年发现的，他观察到了远方星系的红移，即这些星系发出的光波变长了，表明它们正在远离我们。后来，科学家们根据爱因斯坦的广义相对论和宇宙微波背景辐射等证据，提出了大爆炸理论，认为宇宙是从一个极小、极热、极密的奇点开始膨胀的，而且这种膨胀一直持续到现在，并且还在加速进行。那么，宇宙膨胀的速度是多少呢？科学家们将宇宙的膨胀速度称为哈勃常数，这个速度为70公里/秒/ Mpc（"Mpc"为长度单位，约等于326万光年），我们可以简单地理解为：宇宙每增加300万光年的距离，星系远离地球的速度增加约67.80千米每秒。
但由于宇宙距离足够大，在一定距离中，宇宙膨胀速度是远远大于光速的。例如，在距离我们140亿光年处，星系远离我们的速度就已经达到了光速。而在更远的地方，星系远离我们的速度就会超过光速，这意味着我们永远也看不到这些星系发出的任何光线。这又是一个让人困惑的现象，如果光速是运动速度的极限，那么怎么会有东西能够超过光速呢？难道相对论又错了吗？其实不然，因为这里涉及到一个重要的区别：运动和膨胀。运动是指物质在空间中相对于其他物质或参考系的变化，而膨胀是指空间本身的变化。相对论中说不能超过光速的是运动，而不是膨胀。换句话说，在空间中任何物质都不能以超过光速的速度移动，但是空间本身却可以以任意快的速度扩张。而且空间并非是物质，它没有质量、没有形状、没有边界，所以也不受相对论的限制。
光速不可被超越，是指在空间中运动的物质和信息都不能超过光速。而量子纠缠和宇宙膨胀，并不涉及到空间中运动的物质和信息，而是涉及到更深层次的物理现象。因此，它们并不矛盾。相反，它们反映了我们对自然界的探索和理解，并且给我们带来了更多的奥妙和惊喜。对此，你们怎么认为呢！好了，本期内容就到这里了，欢迎大家踊跃讨论，感谢大家观看。
