传统认知：光速不可超越
在爱因斯坦提出狭义相对论之前，人们对于速度的认知遵循着经典力学的框架，认为速度的叠加是简单的算术相加。比如，在一辆行驶的火车上向前扔出一个球，球相对地面的速度就是火车的速度加上球被扔出的速度。
然而，19 世纪麦克斯韦提出的电磁理论，预言了电磁波的存在，并推导出电磁波在真空中的传播速度是一个常数，与光源和观察者的运动状态无关，而光就是一种电磁波 。这一理论与经典力学中速度叠加原理产生了冲突，引发了物理学家们的深入思考和研究。
1905 年，爱因斯坦发表了狭义相对论，其中一个重要的假设就是光速不变原理：在任何惯性参考系中，真空中的光速 c 始终保持不变，约为 299792458m/s，且它是自然界物体运动的最大速度。这一理论的提出，彻底改变了人们对时间、空间和速度的传统观念。
根据狭义相对论，当物体的速度接近光速时，会出现时间膨胀和长度收缩等效应。时间膨胀意味着运动物体上的时间流逝会变慢，而长度收缩则是指运动方向上物体的长度会缩短。而且，随着物体速度的增加，其质量也会增大，当速度趋近于光速时，质量会趋向于无穷大，这就意味着要使一个有质量的物体达到光速，需要无穷大的能量，这在现实中是不可能实现的。所以，从理论上来说，光速成为了一道不可逾越的屏障，限制了物体的运动速度。
在宏观世界中，光速不可超越的理论得到了广泛的验证和应用。例如，在粒子加速器实验中，科学家们将电子、质子等粒子加速到接近光速，但无论投入多少能量，都无法使它们达到或超过光速。同时，天文学观测也为这一理论提供了支持，我们观测到遥远星系发出的光，其传播速度始终符合光速不变原理。因此，在传统物理学的认知体系里，光速不可超越是一个被广泛接受的基本事实，它构成了现代物理学的重要基础之一，对我们理解宇宙的运行规律和物理现象起着关键作用。
量子纠缠：鬼魅般的超距作用
（一）爱因斯坦与玻尔的世纪之争
在物理学发展的长河中，爱因斯坦与玻尔关于量子力学本质的争论，无疑是一段浓墨重彩的篇章，这场争论深刻地影响了人们对微观世界的认知。
爱因斯坦，这位相对论的创立者，始终秉持着实在论的观点。他坚信宇宙是客观存在的，其真实性不依赖于人类的观测。在他看来，量子力学中那些不确定性和概率性的描述，只是因为人类尚未掌握足够的信息，必定存在着尚未被揭示的隐变量，来精确地描述微观世界的物理现象。他用 “上帝不会掷骰子” 这句名言，鲜明地表达了自己对量子力学中不确定性原理的质疑 。
而玻尔，作为哥本哈根诠释的代表人物，有着截然不同的观点。他认为量子世界有着独特的规律，不能用传统的经典物理学观念来理解。在量子力学中，粒子的状态在被观测之前是不确定的，只有通过观测，粒子才会从多种可能的叠加态坍缩到一个确定的状态。这种观点挑战了传统物理学中关于确定性和因果律的观念，强调了观测者在量子现象中的重要作用。
他们的争论在多次索尔维会议上达到了高潮。在会议上，爱因斯坦常常提出巧妙的思想实验，试图揭示量子力学的不完备性；而玻尔则凭借着对量子理论的深刻理解，一一化解爱因斯坦的质疑。他们的争论不仅是科学观点的交锋，更是对物理世界本质的哲学思考，激发了众多物理学家对量子力学基础问题的深入研究。
（二）EPR 悖论与量子纠缠的提出
1935 年，爱因斯坦、波尔多斯基和罗森共同提出了 EPR 悖论，这一悖论的提出，犹如在平静的湖面投入了一颗巨石，引发了物理学界对量子力学完备性的深入探讨。他们设想了一个量子情景：假设有两个粒子 A 和 B，在短暂相互作用后，它们的状态相互关联，形成了一个纠缠对。随后，将这两个粒子分开，使它们之间的距离足够远 。根据量子力学的哥本哈根诠释，当对粒子 A 进行测量时，不仅会确定粒子 A 的状态，而且会瞬间影响到粒子 B 的状态，无论它们之间相隔多远。
这种现象让爱因斯坦等人深感困惑，因为它似乎违背了相对论中的定域性原理。定域性原理认为，宇宙中的每一点都只能与其相邻位置发生作用，信息的传递速度不能超过光速，因果关系应该是连续和局域的。而量子纠缠中粒子间的这种瞬时相互影响，被爱因斯坦称为 “鬼魅般的超距作用”，他认为这是不可思议的，进而质疑量子力学的完备性，认为其中可能存在尚未被发现的隐变量来解释这种现象 。
EPR 悖论的提出，虽然是对量子力学的一种质疑，但却意外地引出了量子纠缠这一重要概念。量子纠缠描述了两个或多个量子粒子之间存在的一种特殊关联，即使它们在空间上相隔甚远，一个粒子的状态变化也会瞬间导致另一个粒子的状态发生相应改变，它们共享同一个整体的物理状态。这种关联超越了我们对传统物理世界的认知，成为了量子力学中最神秘和引人入胜的现象之一，激发了无数科学家对其进行深入研究和探索。
（三）贝尔不等式与实验验证
1964 年，爱尔兰物理学家约翰・斯图尔特・贝尔提出了贝尔不等式，为解决爱因斯坦与玻尔之间的争论提供了一个重要的实验验证方法。贝尔不等式基于两个核心假设：定域性和实在性。定域性假设认为，物理影响不能以超光速传播，测量一个粒子不会瞬间影响远处的另一个粒子；实在性假设则认为，物理系统的性质在测量前已存在确定值，这些值由隐变量决定。
根据贝尔不等式，如果局域隐变量理论是正确的，那么在特定的实验条件下，对纠缠粒子对的测量结果应该满足一定的不等式关系。反之，如果实验结果违背了贝尔不等式，那就意味着定域性和实在性这两个假设至少有一个是不成立的，从而否定了局域隐变量理论，支持量子力学的非局域解释。
从 20 世纪 70 年代开始，科学家们陆续进行了一系列实验来验证贝尔不等式。1972 年，S. J. 弗里德曼和 J. F. 克劳泽进行了第一个贝尔不等式验证实验，结果支持量子力学。1982 年，法国物理学家阿兰・阿斯佩成功完成了更为精确和几乎无漏洞的贝尔不等式实验验证，他使用偏振纠缠的光子对，通过巧妙的实验设计，使得纠缠光子之间的影响只能以超光速传播。
此后，众多科学家在不同的实验条件下，不断增大实验尺度，都验证了贝尔不等式被违背这一结果。例如，科学家们在数公里的尺度上观察到了纠缠粒子间的瞬时影响，甚至在 2015 年，荷兰代尔夫特理工大学 R. 韩森领导的小组进行了几乎无漏洞的贝尔不等式验证，进一步巩固了实验结果。
这些实验结果明确地表明，量子力学中波函数不存在定域隐变量，量子纠缠是真实存在的，且其特性与传统的定域实在论相悖。这一结论不仅解决了爱因斯坦与玻尔之间长期的争论，也为量子信息科学的发展奠定了坚实的基础，开启了量子技术应用的新时代。
（四）量子纠缠的超光速特性
量子纠缠最令人惊奇的特性之一，就是其粒子间的相互影响可以瞬间传递，速度远超光速。当两个粒子处于纠缠态时，无论它们相隔多远，对其中一个粒子进行测量，另一个粒子的状态会立即发生相应的变化，仿佛它们之间存在着一种超越时空的神秘联系。
这种超光速现象看似与爱因斯坦相对论中光速不可超越的观点相矛盾，但实际上，它并不传递信息，因此与相对论中的因果律并不冲突。在量子纠缠中，虽然粒子间的状态变化是瞬时的，但我们无法利用这种变化来传递有意义的信息。因为在测量之前，粒子的状态是不确定的，我们不能控制一个粒子的状态，从而也无法通过它来向另一个粒子发送特定的信息。例如，假设有两个纠缠的光子，我们无法预先确定测量其中一个光子时它的自旋方向，也就无法利用这种测量结果来传递信息给另一个光子。
量子纠缠的超光速特性，虽然不违背相对论，但却极大地挑战了我们对空间和时间的传统认知。它揭示了微观量子世界中存在着一种超越经典物理框架的奇特联系，让我们认识到宇宙的奥秘远比我们想象的更为深邃。这种特性也为量子通信和量子计算等领域提供了独特的资源，有着巨大的应用潜力。例如，在量子通信中，利用量子纠缠可以实现量子密钥分发，确保信息传输的安全性；在量子计算中，量子纠缠可以使量子比特之间产生强大的关联，大幅提升计算能力 。
其他超光速假设
（一）虫洞：时空的捷径
虫洞，又称爱因斯坦－罗森桥，这个充满神秘色彩的概念最早源于 1916 年爱因斯坦发表的广义相对论 。当时，德国物理学家卡尔・史瓦西在爱因斯坦引力场方程里发现了一个解，也就是著名的史瓦西解。
同年，奥地利物理学家路德维希・弗莱姆对史瓦西的数学推导过程进行了重新诠释，揭示出了它的虫洞本质。1935 年，爱因斯坦和他的助手纳森・罗森在广义相对论的框架下研究黑洞时，首次提出了 “爱因斯坦 - 罗森桥” 的概念，他们所描述的这个桥是连接时空中两个不同区域的通道 。到上世纪 50 年代，美国物理学家惠勒最终将这座奇幻的桥命名为 “虫洞”。
从理论上来说，虫洞是连接两个时空点的捷径，就像是宇宙中的一条 “时空隧道”。它可以连接同一宇宙中相距遥远的两个地方，也有可能连接不同的宇宙。假如宇宙是一个二维平面，虫洞就像是在这个平面上打了一个洞，使得原本距离遥远的两点可以通过这个洞瞬间到达，大大缩短了空间距离。不仅如此，虫洞还有可能实现时间旅行，通过特定的虫洞结构，或许可以回到过去或前往未来，尽管这一设想面临着诸多理论和实际的难题。
虫洞的存在虽然在理论上得到了广义相对论的支持，但目前还没有任何直接的观测证据能够证实它的真实存在。科学家们一直在努力寻找虫洞存在的迹象，例如通过观测宇宙中的引力异常现象、研究黑洞的特性等。同时，要使虫洞成为可穿越的通道，还面临着许多理论难题。根据广义相对论，虫洞通常是不稳定的，一旦形成就会迅速坍塌，无法让物体顺利通过。此外，维持虫洞开放需要一种具有负能量密度和负压的奇异物质，而目前我们对这种奇异物质的了解还非常有限，甚至不知道它是否真实存在，以及如何获取它 。
（二）曲速引擎：时空扭曲的幻想
曲速引擎，这个常常出现在科幻作品中的概念，如《星际迷航》系列，为人类实现超光速旅行带来了无限的遐想。其理论设想基于对时空的特殊操控，通过在运动物体周围利用反物质驱动的曲速引擎制造一个人工的曲力场，从而使物体能在这个扭曲的时空泡中以若干倍于光速的速度移动 。简单来说，曲速引擎的原理类似于 “缩地成寸”，将飞船前方的空间压缩，后方的空间扩张，飞船就像是在被时空 “推着走”，在不违反相对论中光速限制的前提下，实现超光速的航行效果，因为飞船在扭曲的时空泡内相对周围空间是静止的，所以不会出现狭义相对论中的 “钟慢尺缩”、“质量增长” 等效应 。
曲速引擎的雏形最早出现于 1957 年德国物理学家克哈德・海姆提出的 “海姆理论” 中，该理论试图以一个六维时空的框架来调和量子力学与相对论之间的矛盾，由 “海姆理论” 推导出的超光速航行成功引起了科幻爱好者的浓厚兴趣。1994 年，墨西哥物理学家阿库别瑞在广义相对论的基础上，提出了一个名为 “阿库别瑞度规” 的时空数学模型，为曲速引擎的研究提供了更具体的理论基础。1996 年，NASA 还将其纳入 “突破性推进物理计划” 中进行过深入研究 。
尽管曲速引擎的理论设想令人兴奋，但目前它仍然面临着诸多难以克服的挑战。其中最大的难题之一就是能源问题，根据理论模型，要实现曲速引擎所需的时空扭曲，需要极其巨大的能量，这种能量需求远远超出了我们目前所能掌握的能源技术水平，甚至可能需要一种能够产生比核反应堆还要强大数亿倍的能量源 。而且，这种能量源不仅要强大，还需要具备高度的可控性和稳定性，以确保曲速引擎能够安全、稳定地运行。此外，在工程技术方面，如何设计和制造出能够承受巨大能量和时空扭曲力的引擎结构，以及如何确保在引擎运行过程中，飞船内部的环境和设备能够正常工作，不受时空扭曲的影响，这些都是亟待解决的复杂难题 。
