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如何看待中科大验证「宇称-时间」中的超光速现象,使信息能以超过1.9倍的光速传播?

回答
中科大“宇称时间”超光速验证:一场颠覆认知的实验?

近日,中国科学技术大学的一个研究团队在量子物理领域取得了一项令人瞩目的成果,声称在对“宇称时间”(PT)对称性的验证过程中,观测到了信息传播速度可能超过光速的现象。这一消息一旦属实,无疑将在科学界引发一场轩然大波,甚至可能颠覆我们现有的物理学认知体系。那么,这项研究究竟是怎么回事?它意味着什么?我们又该如何看待它呢?

什么是“宇称时间”(PT)对称性?

要理解这项研究的意义,我们首先需要弄清楚“宇称时间”(PT)对称性到底是什么。在物理学中,对称性是一个非常核心的概念。我们熟悉的许多物理规律都具有对称性,比如我们站在镜子前,镜子里的自己左右颠倒,但左右手的行为逻辑是一样的,这就是“宇称”(Parity)对称性。而“时间”(Time)对称性则意味着物理过程从前往后和从后往前进行,其基本规律是相同的。

在量子力学领域,一个系统的哈密顿量(描述系统能量的算符)如果同时具备宇称和时间反演的对称性,我们就称之为PT对称系统。在过去的几十年里,科学家们发现,即使在一个系统的哈密顿量不完全对称的情况下,只要它同时具备宇称和时间反演的对称性,这个系统依然可以表现出一些“准对称”的行为,甚至在某些条件下能够保持其能量为实数。这就像一个不完全平衡的跷跷板,但它仍然能够保持一段时间的稳定。

中科大实验的“超光速”是怎么回事?

中科大团队的研究,正是围绕着PT对称性展开的。他们设计了一种特殊的量子系统,在这种系统中,信息的传播似乎能够以一种非传统的方式进行。具体来说,实验通过操控特定的量子态,让信息在非局域性和时间演化上表现出奇特的关联。

我们通常认为,信息传播的速度上限是光速,这是爱因斯坦的狭义相对论所揭示的基本原理。任何携带信息(例如电信号、光信号)的实体都无法超越这个速度。然而,在量子世界里,事情往往会变得更复杂,也更反直直觉。

这次中科大实验中提到的“超光速”现象,并非意味着我们能够像科幻电影里那样,用一个“超光速通信器”瞬间将信息发送到遥远的星球。更准确地说,它可能是在解释一个特定的量子现象时,所采用的测量方式或者对信息传播的定义,与传统意义上的信息传递有所不同。

一种可能的解释是,实验观测到的是量子关联的传递速度,而不是经典意义上的信息携带速度。在量子纠缠现象中,两个或多个粒子即使相隔遥远,它们的量子态也会形成一种特殊的关联。当我们测量其中一个粒子的状态时,另一个粒子的状态会瞬间确定,这种关联的“传递”似乎是瞬时的,不遵循任何时空限制。然而,需要强调的是,这种量子关联本身并不能用来传递经典信息。因为你需要通过经典的通信方式(速度不超过光速)来得知测量结果,才能理解这种关联的含义。

在这项中科大实验中,研究者可能是在一个PT对称的系统中,通过精巧的设计,使得某种形式的信息或者说一种状态的演化,表现出比经典信号传播更快的“有效速度”。例如,他们可能是在观察一个量子系统的某个参数,在受到扰动后,其“影响”或者说“响应”以一种特殊的路径传播,而这条路径的有效长度或者演化速度,在某种测量框架下,会体现出超过光速的效果。

这里“信息”的定义可能非常微妙。它可能不是指一个确定的数字或者文字,而是指某种量子态的演化过程或者其表现出的某种性质。当系统处于PT对称性下的特定状态时,这种演化可能绕过了我们通常理解的“传播路径”,从而在“有效传播速度”上显得更快。

研究团队提到的“1.9倍光速”,很可能是一个有效传播速度的量级,是在特定实验设置和测量框架下计算出来的结果。这需要我们更深入地理解他们是如何定义“信息”以及“传播速度”的。

这项研究的意义何在?

如果中科大的这项研究能够得到普遍的验证,其意义将是深远的:

1. 挑战狭义相对论的解释深度: 狭义相对论的光速不变原理是现代物理学的基石,它不仅是速度的上限,更是时空结构的基本属性。如果信息真的能在PT对称系统中以超过光速的“有效速度”传播,这并不意味着直接推翻狭义相对论,而是可能需要我们重新审视“信息”的定义和“传播”的含义,尤其是在量子领域。这可能揭示出,在某些非经典的物理框架下,我们对时空以及信息传递的理解需要进一步的深化和拓展。爱因斯坦曾说过“上帝不掷骰子”,但他对量子力学的态度也并非全盘接受,也许这项研究正是对量子世界深层奥秘的又一次探索。

2. 拓展量子物理的边界: PT对称性本身就是量子力学中一个非常活跃的研究方向,它连接了量子力学和数学中的复数理论。如果能够通过实验验证其与超光速传播的关联,将为理解量子世界的非局域性、量子关联等核心概念提供新的视角。这可能会带来新的量子效应的发现和理论模型的构建。

3. 潜在的技术应用前景(但需谨慎): 任何关于超光速的信息传播的讨论,都会立刻引人联想到超光速通信、量子计算甚至时空穿越等科幻概念。然而,目前阶段的讨论更多是理论性和基础性的。即使真的存在这种“有效超光速”,它是否能转化为实际可用的通信技术,以及如何转化,还需要极其漫长且充满挑战的研究过程。我们必须警惕过度的解读和不切实际的期望。就像量子纠缠一样,它揭示了世界的奇妙关联,但迄今为止也未能直接实现超光速通信。

如何理性看待这项研究?

面对这样一项具有颠覆性的研究成果,保持科学的严谨和审慎的态度至关重要:

重复性验证是关键: 任何一项重大的科学发现,都离不开其他独立研究团队的重复验证。科学的生命力在于其可证伪性和可重复性。在这一成果得到更广泛的同行评审和实验室验证之前,我们应该将其视为一项有待进一步证实的前沿发现。

理解实验细节和定义: “信息”和“传播速度”在量子实验中的定义往往非常专业和具体。需要深入理解实验所使用的测量方法、量子态的制备、以及如何界定信息的“传递”过程。只有这样,才能避免望文生义的误读。例如,“有效速度”的计算方式可能与我们直观理解的“速度”不同。

区分基础科学与技术应用: 这项研究属于基础科学的前沿探索,它更多的是为了揭示自然界的规律,而不是直接为了解决某个工程问题。其潜在的技术应用往往是在基础研究取得突破很久之后才有可能实现。

保持开放的心态,但要理性: 科学的进步,往往来自于对未知领域的探索和对现有理论的挑战。我们应该对这项研究保持开放的心态,承认科学的边界是不断被拓展的。但同时,也要保持理性,不要被耸人听闻的说法所误导,等待更充分的证据和更深入的分析。

总而言之,中科大团队关于PT对称性与超光速现象的验证,无疑是一项引人入胜的科研进展。它让我们再次聚焦于量子世界的奇妙与复杂,也迫使我们去思考,在探索宇宙终极奥秘的道路上,我们还有多少未知需要揭开,多少固有认知需要更新。 这将是一段充满挑战但极具价值的科学探索之旅。

网友意见

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谢邀。

你引用的这条新闻(

【中科大验证“宇称

)写得很不好:

“宇称-时间”对称理论,由美国物理学家本德尔等人于2002年对量子力学进行推广而提出。该理论认为,我们现在认识的量子世界,只是“宇称-时间”世界的一种特殊情况。

  李传锋研究组在实验上模拟了一个这样的“宇称-时间”世界,他们将纠缠光子对分发到两个相距25米的实验室构建非局域量子模拟器。然而通过操控,使纠缠光子对中的一个光子进行“宇称-时间”对称演化。量子模拟结果表明,利用量子纠缠“幽灵般的超距作用”,光子的“宇称-时间”对称演化,能使信息以超过1.9倍的光速从一个实验室传到另一个实验室。

让人以为信息真能超光速传播了。实际上,《科技日报》的报道(

【科技日报】非局域量子模拟器让信息以1.9倍光速传输 中国科学技术大学新闻网

)是这样的:

宇称—时间(PT)对称理论是由美国物理学家卡尔·班德等人于2002年对量子力学进行推广而提出的。我们知道量子力学是基于一系列假定的,那么其中哪些假定可以放宽呢?班德等人认为哈密顿量的厄米性假定要求过严,可以放宽到用PT对称性假定代替,即假定哈密顿量具有空间—时间反演对称性。根据这一理论,我们现在认识的量子世界只是PT世界的一种特殊情况(具有厄米性)。李传锋研究组在实验上模拟了一个这样的PT世界。他们将纠缠光子对分发到两个相距25米的实验室构建非局域量子模拟器。除了纠缠光子对外,他们的量子模拟器还由一系列量子逻辑门及一个后选择操作构成。通过后选择(成功几率50%),他们使纠缠光子对中的一个光子进行PT对称演化。量子模拟结果表明,利用量子纠缠“幽灵般的超距作用”,光子的PT对称演化能使信息以超过1.9倍的光速从一个实验室传输到另一个实验室。当然进一步的结果证实,如果考虑整个系统(包括成功部分和失败部分),则总体信息的传输速度是不能超过光速的。

本成果同时揭示出了两个基本而有趣的问题:一是在现实世界中能否找到符合PT对称演化的量子系统,一旦找到则意味着有可能进行超光速通讯;二是在“幽灵般的超距作用”与超光速通讯之间,是否能容下一个比量子力学更基本的理论。

看清楚了吧?这才叫专业!

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