光速是宇宙中所有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的極限，也是時(shí)間和空間的基本尺度。愛(ài)因斯坦的相對(duì)論告訴我們，光速不變并且無(wú)法被超越，這是一個(gè)普遍的定律。然而，科學(xué)家們卻發(fā)現(xiàn)了兩種神奇的現(xiàn)象，它們似乎可以違反這個(gè)定律，那就是量子糾纏和宇宙膨脹。這兩種現(xiàn)象都涉及到超光速的效應(yīng)，那么它們是如何做到的呢？它們又意味著什么呢？本文將為你揭開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。

為什么有靜止質(zhì)量的物體永遠(yuǎn)達(dá)不到光速
光速是指在真空中，光的速度是恒定的，約為30萬(wàn)公里每秒。1905年，愛(ài)因斯坦提出了狹義相對(duì)論，認(rèn)為光速不變并且無(wú)法被超越。他基于兩個(gè)假設(shè)：一是物理定律在所有慣性系中都相同；二是真空中的光速對(duì)于所有慣性系都相同。基于這兩個(gè)假設(shè)，他推導(dǎo)出了一系列令人震驚的結(jié)論，比如時(shí)間的相對(duì)性、長(zhǎng)度的收縮、質(zhì)量的增加、質(zhì)能方程式等。其中關(guān)于不能超光速的描述如下：有靜止質(zhì)量的物體永遠(yuǎn)達(dá)不到光速，理論上只能無(wú)限接近于光速；沒(méi)有靜止質(zhì)量的物體只能以光速運(yùn)動(dòng)；如果有什么 東西能夠超過(guò)光速，那么就會(huì)出現(xiàn)因果律被顛倒的悖論。

為什么光速無(wú)法被超越呢？答案就在質(zhì)能方程式里。該方程表明能量等于物體質(zhì)量乘于光速的平方。這代表著物質(zhì)的質(zhì)量越大，則其蘊(yùn)含的能量越大。例如，一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體相對(duì)于靜止?fàn)顟B(tài)，由于它附加了動(dòng)能，根據(jù)上述方程式，其質(zhì)量是大于相對(duì)靜止時(shí)質(zhì)量的。我們是否可以將一個(gè)物體加速到超越光速的狀態(tài)呢？答案是否定的，事實(shí)上，想把一個(gè)物體加速到光速，需要的能量將會(huì)是無(wú)窮大，而宇宙中不存在可以提供無(wú)限大的能量的物質(zhì)，因此不可能把一個(gè)物體加速到光速。而且，在接近光速時(shí)，物體會(huì)變得非常重，并且時(shí)間會(huì)變得非常慢。這些效應(yīng)使得加速變得非常困難。所以我們說(shuō)，在空間中運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)和信息都不能超過(guò)光速。

量子糾纏是否違背光速不可超越
量子糾纏是一種奇特的現(xiàn)象，它表明兩個(gè)或多個(gè)量子系統(tǒng)之間可以存在一種非常強(qiáng)的聯(lián)系，即使它們相距很遠(yuǎn)，也可以同時(shí)影響彼此的狀態(tài)。量子糾纏最早由愛(ài)因斯坦、波多爾斯基和羅森提出，他們認(rèn)為這是一種不可能的現(xiàn)象，因?yàn)樗`反了相對(duì)論中的因果律和局域性原理。他們把這種現(xiàn)象稱為“鬼魅般的超距作用”，并試圖用隱變量理論來(lái)解釋它。然而，后來(lái)的實(shí)驗(yàn)表明，量子糾纏確實(shí)存在，并且沒(méi)有任何隱變量可以解釋它。量子糾纏被認(rèn)為是量子力學(xué)中最奇妙也最難以理解的現(xiàn)象之一。那么量子糾纏是如何實(shí)現(xiàn)超光速的呢？我們可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明。

假設(shè)有兩個(gè)光子A和B，它們?cè)谝粋€(gè)源頭處被產(chǎn)生，并且被糾纏在一起。這意味著A和B之間有一種特殊的關(guān)系，它們共享一個(gè)總的狀態(tài)，但是各自的狀態(tài)卻是不確定的。例如，A和B都有一個(gè)屬性叫做自旋，它可以向上或向下。但是在沒(méi)有測(cè)量之前，我們無(wú)法知道A或B具體是向上還是向下，只能說(shuō)它們有50%的概率是向上或向下。當(dāng)我們對(duì)A進(jìn)行測(cè)量時(shí)，我們就可以確定A的自旋方向，比如說(shuō)是向上。那么根據(jù)量子糾纏的原理，B的自旋方向也會(huì)立刻確定為向下。這個(gè)過(guò)程是瞬時(shí)的，并且不受距離的影響。即使A和B相距千萬(wàn)光年，也會(huì)同時(shí)發(fā)生。這就好像A和B之間有一條隱形的線連接著，當(dāng)我們拉動(dòng)其中一個(gè)時(shí)，另一個(gè)也會(huì)跟著動(dòng)。這種效應(yīng)看起來(lái)就像是超越了光速，因?yàn)樾畔⑺坪踉谒查g從A傳遞到了B。但實(shí)際上，并沒(méi)有任何信息被傳遞。因?yàn)槲覀儫o(wú)法控制A或B的自旋方向，它們都是隨機(jī)的。我們也無(wú)法用這種方式來(lái)發(fā)送任何有意義的信號(hào)。所以這種效應(yīng)并沒(méi)有違反相對(duì)論中的因果律，也沒(méi)有破壞光速的極限。它只是表明了量子世界中存在一種非常奇特的聯(lián)系，它超越了我們對(duì)時(shí)間和空間的常識(shí)。

宇宙膨脹是否違背光速不可超越
宇宙膨脹是指宇宙中的空間正在不斷地?cái)U(kuò)張，導(dǎo)致宇宙中的物質(zhì)相互遠(yuǎn)離。這一現(xiàn)象是由哈勃在1929年發(fā)現(xiàn)的，他觀察到了遠(yuǎn)方星系的紅移，即這些星系發(fā)出的光波變長(zhǎng)了，表明它們正在遠(yuǎn)離我們。后來(lái)，科學(xué)家們根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論和宇宙微波背景輻射等證據(jù)，提出了大爆炸理論，認(rèn)為宇宙是從一個(gè)極小、極熱、極密的奇點(diǎn)開(kāi)始膨脹的，而且這種膨脹一直持續(xù)到現(xiàn)在，并且還在加速進(jìn)行。那么，宇宙膨脹的速度是多少呢？科學(xué)家們將宇宙的膨脹速度稱為哈勃常數(shù)，這個(gè)速度為70公里/秒/ Mpc（"Mpc"為長(zhǎng)度單位，約等于326萬(wàn)光年），我們可以簡(jiǎn)單地理解為：宇宙每增加300萬(wàn)光年的距離，星系遠(yuǎn)離地球的速度增加約67.80千米每秒。

但由于宇宙距離足夠大，在一定距離中，宇宙膨脹速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光速的。例如，在距離我們140億光年處，星系遠(yuǎn)離我們的速度就已經(jīng)達(dá)到了光速。而在更遠(yuǎn)的地方，星系遠(yuǎn)離我們的速度就會(huì)超過(guò)光速，這意味著我們永遠(yuǎn)也看不到這些星系發(fā)出的任何光線。這又是一個(gè)讓人困惑的現(xiàn)象，如果光速是運(yùn)動(dòng)速度的極限，那么怎么會(huì)有東西能夠超過(guò)光速呢？難道相對(duì)論又錯(cuò)了嗎？其實(shí)不然，因?yàn)檫@里涉及到一個(gè)重要的區(qū)別：運(yùn)動(dòng)和膨脹。運(yùn)動(dòng)是指物質(zhì)在空間中相對(duì)于其他物質(zhì)或參考系的變化，而膨脹是指空間本身的變化。相對(duì)論中說(shuō)不能超過(guò)光速的是運(yùn)動(dòng)，而不是膨脹。換句話說(shuō)，在空間中任何物質(zhì)都不能以超過(guò)光速的速度移動(dòng)，但是空間本身卻可以以任意快的速度擴(kuò)張。而且空間并非是物質(zhì)，它沒(méi)有質(zhì)量、沒(méi)有形狀、沒(méi)有邊界，所以也不受相對(duì)論的限制。

光速不可被超越，是指在空間中運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)和信息都不能超過(guò)光速。而量子糾纏和宇宙膨脹，并不涉及到空間中運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)和信息，而是涉及到更深層次的物理現(xiàn)象。因此，它們并不矛盾。相反，它們反映了我們對(duì)自然界的探索和理解，并且給我們帶來(lái)了更多的奧妙和驚喜。對(duì)此，你們?cè)趺凑J(rèn)為呢！好了，本期內(nèi)容就到這里了，歡迎大家踴躍討論，感謝大家觀看。