爱读书 探索 宇宙膨胀速度已经超过了光速,这和相对论是否矛盾?

宇宙膨胀速度已经超过了光速,这和相对论是否矛盾?

并不矛盾,相对论要求的是有效信息传递速度不能超过光速,宇宙膨胀虽然超过光速,但是并不能用来传递有效信息。

爱因斯坦在1905年建立狭义相对论,以光速不变原理和狭义相对性原理为基础,推导出物体运动速度不能超过光速,而且有静止质量的物体不能达到光速,只能无限接近光速。

宇宙膨胀速度已经超过了光速,这和相对论是否矛盾?-爱读书

其实早在麦克斯韦建立电磁学方程组时,就发现光速可以根据真空介电常数(ε0)和真空磁导率(μ)推导出来,由于ε0和μ均为常数,而且这两个常数不依赖于参考系,意味着光速c也不依赖于参考系成立,所以在麦克斯韦方程组中,已经暗示了光速不变原理。

经典力学为了解决这个困境,反而引入了错误的“以太”,后来爱因斯坦正式把光速不变作为基本原理,也就彻底摧毁了以太模型。

本质地说,相对论中要求的速度上限,是说有效信息的传递速度不能超过光速,由于任何物体都可以承载信息,所以物体的运动速度自然不能超过光速。

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但是在实际当中,存在一些超光速现象,比如量子纠缠的速度就是超光速的,还有宇宙膨胀速度也可以超过光速。

根据哈勃定律(Vf = Hc x D),哈勃常数Hc=67.80±0.77(km/s)/Mpc,我们可以计算出,以目前宇宙的膨胀速度计算,对于相距144亿光年的两个星系,因为宇宙膨胀导致的退行速度已经达到光速。

目前我们可观测宇宙的实际直径大约是930亿光年,所以在我们可观测宇宙两端的星系,远离速度已经超越了光速。但是这并不违背相对论原理。

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因为我们无法利用宇宙膨胀速度来传递有效信息,量子纠缠的速度也是一样的,我们无法利用量子纠缠来直接传递信息,所以量子纠缠的速度可以超越光速;在量子通信当中,只有传统信息和量子纠缠产生的随机信息相结合,才能实现有效信息的传递,从而达到加密效果,但是量子通信整体是不能超光速的。

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