相对论|深层探索:为什么快子可以超光速?( 三 )


在牛顿时代 , 上边的问题是容易判定的 , 时空平面上画一条竖直的时间线(时间是横坐标) , 时间线左边表示已经完成的画作 , 后续无法再更改了 , 时间线右边表示尚未完成的画作 , 后续会画上什么还有待时空的进一步演化发展 。 绝大多数人的时空观念都停留在这个时空图景中 , 也正因此 , 当超光速可以回到过去的时间时 , 人们自然会联想到超光速会违反因果律 。
但狭义相对论打破了这种图景 。
我现在站在原点(00)处 , 在上图左边阴影部分有一只鹰在天上飞 , 现在问:我可以射出一支箭来影响鹰在阴影部分的运动吗?
按照牛顿时代遗留下来的思维习惯 , 人们会说 , 阴影部分处于过去的时间 , 你是不可能射出一支飞往过去的箭的 , 所以你无法影响阴影部分的时空 。
但变换一下参照系 , 阴影部分是可以变到右边那个区域的 , 这时候 , 阴影部分处于未来 , 按照牛顿时代遗留的思维 , 我又可以射出一支箭来影响阴影部分时空 。
互相矛盾的因果结论 , 问题出在哪呢?人们需要变换下自己的思维模式了 。 (有很大一部分物理学家不想变换老的思维模式 , 最后 , 他们给出的方案是禁止超光速存在就好了 。 )
时空画布上 , 不要再以时间线来分割已完成的画作跟未完成的画作了 , 狭义相对论中 , 我个人觉得以x=-t这条线来分割过去未来是最合适的(二维时可以这么考虑 , 四维时再说) 。
二维时空中 , x=t跟x=-t两条渐近线将时空平面分割为上下左右四个部分 , 左右是低光速的世界 , 左边表示过去 , 是已经发生的事 , 不能再改变了 , 右边表示未来 , 是有待发生的事 。 上下是超光速的世界 , 下边表示过去 , 是已经发生的事 , 不能再改变了 , 上边表示未来 , 是有待发生的事 。
也就是说 , 过去未来不再是牛顿时代 , 单纯地以时间作为分割线 , 而是以x=-t来分割 。
量子力学是很毁人三观的 。
上边的所有讨论 , 都基于如下2点:
1、过去影响未来(决定了因果的方向) 。
2、一个时空点只能对应一个物理事件(也就是时空中的运动不能出现交叉点) 。
但还是爱因斯坦 , 提出了一个叫EPR佯谬的东西 , 他说过去的时空中到底发生了什么事情 , 是可以由现在的行为来决定的 。 量子力学中还有一个惠勒延迟实验 , 说的也是同样的事情 。 什么意思呢?我在公元2016年喊了一下李隆基 , 一千多年前的唐明皇就在龙椅上打了个喷嚏 。 现在大热的量子计算机 , 量子卫星 , 量子通信这些东西 , 可都是基于这样一个毁人三观的量子力学原理 。
用时空画布来做类比 , 有人在时空画布上隔离了一个区域 , 类似管道那样的 , 这条管道连接了过去跟未来 , 但在这个管道区域中 , 过去的部分依然是空白的没有做过画的 。 直到有一天 , 未来的某个时空点发生了一些事 , 整个空白的管道区域才开始做上画 , 也只有到了未来的这个时空点 , 我们才可以在语言上谈论 , 过去到底发生过什么事 。
在量子力学中 , 基本粒子分成了2类 , 费米子跟玻色子 , 区别是 , 不同的费米子不允许占据相同的状态(记得前边提过的 , 低光速世界有物理定律来限制时空中不能出现交叉的时空线吗?费米子的这个性质差不多可以来保证这点 , 一个人站在地面上不会陷进去 , 可以视为地面的电子已经占据了时空位置了 , 人的电子就只能保持距离 , 从而物理上隔离了人跟地面 。 ) , 玻色子是尽量占据相同的状态 , 而且不同的玻色子很多时候从物理上是不能进行区分的 , 而且这种不能区分是物理上的严格地不能区分 , 而不仅仅是技术上达不到区分的水平 。
【相对论|深层探索:为什么快子可以超光速?】所以 , 本文赖以讨论的2个基础 , 在量子力学面前 , 一推就倒 , 时空的面纱还有待未来的物理学家来揭开 。