Почему скорость света полностью препятствует мгновенному обмену информацией?

Дело о скорости света$c$заключается в том, что это не просто число, связанное с определенным типом частиц. Хотя мы могли бы говорить о массе протона , и не было бы никаких проблем, если предположить, что непротоны имеют большую или меньшую массу, значение$c$это совсем другой зверь.

$c$является внутренним свойством самого пространства-времени, а не частиц в пространстве-времени. Вы бы не ожидали, что существует что-то (частица, сигнал, информация), что можно было бы вставить в пространство-время со свойством «изменить природу пространства-времени для самого себя».

Вышеизложенное предназначено для того, чтобы подорвать мнение «если это просто свойство всего, что мы нашли до сих пор, мы не исключаем обнаружения вещей без этого свойства».

Для более конкретной демонстрации того, что происходит, когда вы изменяете структуру пространства-времени в том виде, в каком мы ее знаем, взгляните на «тахионный антителефон» . Это демонстрирует, как любая абстрактная коммуникация быстрее скорости света приводит к нарушению причинно-следственной связи, как это наблюдается даже наблюдателями, не работающими быстрее скорости света.

Есть много вариантов мысленного эксперимента; вот один из них (с математикой, разработанной в связанной статье):$A$уходит от$B$со скоростью$v < c$в$B$система отсчета.$A$отправляет сообщение со скоростью, превышающей скорость света, на$B$, который отвечает тем же с ответом. Проблема в том, что достаточно быстро (но не быстрее, чем$c$!) скорости$v$,$A$получит ответ перед отправкой сообщения. Все, что быстрее света, порождает путешествия во времени.

Поскольку это повторяется слишком часто, я также возражу здесь против аргументов квантовой запутанности. Квантовая запутанность ничего не делает в гипотетическом вопросе «почему это не может передавать информацию быстрее, чем свет?» сценарии, отличные от гарантии того, что две частицы «коллапсируют» в одно и то же (или противоположное, или ортогональное, или любое другое) состояние, когда одно из них наблюдается. Единственным квантово-механическим аспектом всего этого является тот факт, что окончательное коллапсированное состояние не может даже существовать до измерения (это не скрытая переменная).

Но корреляция — вещь, на которую вы хотите положиться, чтобы общаться быстрее света — может быть достигнута совершенно классическим способом. Возьмите красный и синий шарики, положите их в мешочек и вытащите один случайным образом, не глядя. Заприте свой шарик в коробку и передайте сумку кому-нибудь еще, кто тоже не пикает. Отправьте человека подальше. Затем посмотрите на свой мрамор. Если он синий, вы сразу узнаете , что у другого человека красный. Но вы ничего не передавали. Все, что делает квантовая механика, — это делает так, чтобы не было предопределено, у кого какой шарик.

Это не должно вызывать удивления, потому что единственные представления о пространстве и времени в квантовой механике исходят из самого пространства- времени . В квантовой механике нет какого-то независимого понятия расстояний. Таким образом, любая структура пространства-времени применима к квантовым вещам точно так же, как к шарикам, людям и сигналам.

Между прочим, все сказанное здесь остается верным даже в общей теории относительности. Предоставление возможности двигаться быстрее, чем$c$по-прежнему приводит к нарушению причинно-следственной связи. Даже обернув вещи в «пузырь деформации» и перемещая его быстрее, чем$c$приводит к нарушению причинно-следственной связи.

Связь быстрее света нарушила бы причинно-следственную связь. Если бы сверхсветовая связь каким-то образом была разрешена природой, то вы могли бы убить кого-то, прежде чем выстрелить из пистолета, что просто не имеет никакого смысла. Вы просто не можете допустить, чтобы что-то, вызванное каким-то событием, произошло до того, как это событие произойдет. Проще говоря, сверхсветовая связь порождает парадоксы.

Один принцип, который будет нарушен, - это причинность. Просто глядя на вещи из одного кадра (например, здесь, на земле), нет никакой очевидной проблемы. Но как только вы исследуете вещи в других кадрах, становится сложно.

Как только вы позволите путешествовать быстрее, чем$c$в одном кадре становится возможным построить серию сообщений, каждое из которых перемещается вперед во времени в каком-то конкретном кадре, но где окончательное сообщение достигает передатчика до того момента, когда он отправляет сообщение.

Вот сайт с хорошими диаграммами Минковского. http://www.theculture.org/rich/sharpblue/archives/000089.html

Информация должна быть чем -то передана . Законы физики гласят, что максимальная скорость, с которой может двигаться что-либо, — это скорость света, которая, по-видимому, является фундаментальным свойством Вселенной. Итак, если мы сможем найти что-то, что может двигаться быстрее света, то можно будет передавать информацию быстрее, но до тех пор мы ограничены скоростью света. [отредактировано, чтобы удалить сомнительное предположение о том, что квантовая запутанность может обеспечить передачу информации со скоростью, превышающей скорость света].

Хорошим подходом к пониманию является рассмотрение двух компонентов c, диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости вакуума. Это две константы пространства, и уже по их названию мы понимаем, что это физическое свойство/физический предел пространства не передавать никакое излучение быстрее, чем со скоростью света.

Гипотетическое собственное время фотонов равно нулю, поскольку с их гипотетической точки зрения они не участвуют в пространстве-времени, их диаграмма Минковского сводилась бы к безразмерной точке. В этом смысле можно сказать, что информация передается немедленно, но это соображение, которое не принимает во внимание пространство-время, в котором мы живем как наблюдатели. Точно так же, как существует фундаментальный закон (второй постулат СТО), согласно которому скорость света не может наблюдаться быстрее, чем c, наблюдатели в пространстве-времени не могут получать информацию быстрее, чем со скоростью света.