读者问:“物体可以比光速更快地移动(只要在该过程中没有发生信息传递)。但是两个粒子可以彼此远离(例如在宇宙膨胀期间),速度比光速更快。这不是‘信息’吗?”
在地球上存在相似的例子吗?
粒子膨胀就是一个例子,一个全能的观察者可以在宇宙中挑出两个粒子,并说:“这些粒子彼此分离,速度比光速更快。”
但是,对为什么“没有信息比光速更快的传播”进行评价是一件有点惊奇又有些平凡的事情,因为相同的原则应用于我们与移动物体的相对运动中时,会导致狭义相对论的混淆。如果一种粒子或宇宙飞船以一致的方式移动,那么时钟的滴答声或距离的测量必须要随速度而变化。
另一方面,“没有比光速更快的信息”是有点武断的(尽管似乎从来没有这样解释过)。上面这些令人惊讶的部分简单地对宇宙设定了一个速度限制:没有什么比光速更快的了。故事到此为止。结果:如果你在一个方向上以0.6的光速移动,而你的朋友在另一个方向上以0.6的光速移动,你怎么能互相传递信息呢?没有任何方法能弥补你们之间日益扩大的距离。所以,虽然许多观察者可以记录你从飞船上发送出来的信息,但你的朋友却不能。这不是信息的问题,而是信息接收是相对的。
有存在于地球上的例子吗?看看量子缠绕。这基本上是“两个粒子向相反方向快速移动”的问题,但时间更短一点。对量子缠绕来说,这实际上有点像打破信息限制,这就是为什么它经常被研究的原因。想象两个球,一个是红色的,一个是蓝色的(这里要注意的是,球的颜色代表了一个特定的量子态,这是一个普遍的事实,所以世界上的每个人都知道这些球必须是红色或蓝色的。
如果一个球是蓝色的,那么另一个就是红色的)。假设两个旅行者以接近光速的速度以相反方向移动,只要一个观察者测量其中一个球的颜色(假设为红),他就可以判断出另一个远远超出视界的球为蓝色。当然有人会说,这是关于量子的普遍性状态,所以不足以支撑论点。
你可以把“信息视界”与“打破声音屏障”相比较。声音是压力波的传播,但是更重要的是它的速度,物理信息可以在固体中以某种速度传播。如果你敲击气球,声波在气球内来回跳动。但是在声波撞击气球的较远面之前,并不能知道较近面受到了敲击。打破声音屏障就像打破信息屏障:飞行速度快于声音的传播速度就会产生音爆。
相关知识-光速
真空中的光速是许多物理领域中的普遍物理常数,通常用c表示。其确切值为299792458米/秒(约300000千米/秒)。“米”在国际标准中被定义为在1/299792458秒的时间间隔中真空中的光所行进路径的长度。根据狭义相对论,c是所有常规物质的最大速度,因此宇宙中所有已知形式的信息都可以传播。
图解:光从离开太阳表面算起,需大约8分17秒就能到达地球。
尽管该速度与光有关,但事实上是所有无质量粒子在真空(包括电磁辐射和重力波)中的运动速度和相关非物质场的变化。这样的粒子和波动会以c速度行进,不受物质类型或观察者的惯性参考系影响。在狭义相对论和广义相对论中,c与空间和时间相互关联,也出现在著名的质量-能量等价方程(E = mc^2)中。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. astro-董美慧
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