Warum verhindert die Lichtgeschwindigkeit den sofortigen Informationsaustausch vollständig?

Die Sache mit der Lichtgeschwindigkeit$c$ist, dass es nicht nur eine Zahl ist, die mit einer bestimmten Art von Teilchen verbunden ist. Während wir über die Masse des Protons sprechen könnten und es kein Problem gäbe, anzunehmen, dass Nicht-Protonen größere oder kleinere Massen haben, ist der Wert$c$ist ein ganz anderes Biest.

$c$ist eine intrinsische Eigenschaft der Raumzeit selbst, nicht der Teilchen in der Raumzeit. Sie würden nicht erwarten, dass irgendetwas (Teilchen, Signal, Information) existiert, das Sie in die Raumzeit mit der Eigenschaft „ändert die Natur der Raumzeit für sich selbst“ einfügen könnten.

Das Obige soll den Gedankengang „Wenn es nur eine Eigenschaft von allem ist, was wir bisher gefunden haben, haben wir nicht ausgeschlossen, Dinge ohne diese Eigenschaft zu finden“ untergraben.

Für eine konkretere Demonstration dessen, was schief geht, wenn Sie die Struktur der Raumzeit, wie wir sie kennen, verändern, werfen Sie einen Blick auf das „tachyonische Antitelephon“ . Dies zeigt, wie jede abstrakte Kommunikation, die schneller als Licht ist, zu Kausalitätsverletzungen führt, wie sogar von nicht-schnelleren-als-Licht-Beobachtern beobachtet wird.

Es gibt viele Variationen des Gedankenexperiments; Hier ist einer von ihnen (mit der Mathematik, die im verlinkten Artikel ausgearbeitet wurde):$A$entfernt sich von$B$mit Geschwindigkeit$v < c$in$B$Bezugsrahmen von .$A$sendet eine schneller-als-Licht-Nachricht an$B$, der in gleicher Weise mit einer Antwort antwortet. Das Problem ist für ausreichend schnell (aber nicht schneller als$c$!) Geschwindigkeiten$v$,$A$erhält die Antwort vor dem Senden der Nachricht. Alles, was schneller als Licht ist, erzeugt Zeitreisen.

Da es viel, viel zu oft wiederholt wird, werde ich hier auch den Argumenten der Quantenverschränkung entgegentreten. Quantenverschränkung bewirkt nichts in der Hypothese „Warum kann das nicht schneller kommunizieren als Licht?“ Andere Szenarien als garantieren, dass die beiden Teilchen in dieselben (oder entgegengesetzten oder orthogonalen oder was auch immer) Zustände "kollabieren", wenn einer der beiden beobachtet wird. Der einzige quantenmechanische Aspekt des Ganzen ist die Tatsache, dass der eventuelle kollabierte Zustand vor der Messung nicht einmal existieren kann (es ist keine verborgene Variable).

Aber die Korrelation – das Ding, auf das man sich verlassen möchte, um schneller als Licht zu kommunizieren – könnte ganz klassisch erreicht werden. Nimm eine rote Murmel und eine blaue Murmel, stecke sie in eine Tüte und ziehe zufällig eine heraus, ohne hinzusehen. Sperren Sie Ihre Murmel in einer Schachtel ein und geben Sie die Tasche an jemand anderen weiter, der auch nicht spitzt. Schicken Sie die Person weit weg. Dann schau dir deine Murmel an. Wenn es blau ist, wissen Sie sofort, dass die andere Person rot hat. Aber Sie haben nichts übermittelt. Alles, was die Quantenmechanik tut, ist, dass es nicht vorherbestimmt ist, wer welche Murmel hat.

Dies sollte nicht überraschen, da die einzigen Vorstellungen von Raum und Zeit in der Quantenmechanik die der Raumzeit selbst sind . Die Quantenmechanik ist nicht mit einem unabhängigen Begriff von Entfernungen ausgestattet. Was auch immer die Struktur der Raumzeit hat, gilt also für Quantendinge genauso wie für Murmeln und Menschen und Signale.

Alles, was hier gesagt wurde, gilt übrigens auch in der Allgemeinen Relativitätstheorie. Damit sich die Dinge schneller bewegen als$c$führt immer noch zu Kausalitätsverletzungen. Sogar Dinge in eine "Warp-Blase" einwickeln und diese schneller bewegen als$c$führt zu Kausalitätsverletzungen.

Schnellere Kommunikation würde die Kausalität verletzen. Wenn die FTL-Kommunikation irgendwie von Natur aus erlaubt wäre, könnten Sie jemanden töten, bevor Sie die Waffe abfeuern, was einfach keinen Sinn ergibt. Sie können einfach nicht zulassen, dass etwas, das durch ein Ereignis verursacht wurde, passiert, bevor das Ereignis eintritt. Einfach gesagt, FTL-Kommunikation führt zu Paradoxien.

Ein Grundsatz, der verletzt würde, ist die Kausalität. Betrachtet man die Dinge nur aus einem einzigen Bild (wie hier auf der Erde), gibt es kein offensichtliches Problem. Aber sobald man Dinge in anderen Frames untersucht, wird es knifflig.

Sobald Sie schneller reisen können als$c$In einem Frame wird es möglich, eine Reihe von Nachrichten zu konstruieren, von denen jede in einem bestimmten Frame zeitlich vorwärts wandert, wobei die letzte Nachricht jedoch vor dem Zeitpunkt, zu dem sie die Nachricht sendet, am Sender ankommt.

Hier ist eine Seite mit einigen guten Minkowski-Diagrammen dafür. http://www.theculture.org/rich/sharpblue/archives/000089.html

Informationen müssen von irgendetwas übermittelt werden. Die Gesetze der Physik besagen, dass die maximale Geschwindigkeit, mit der sich irgendetwas bewegen kann, die Lichtgeschwindigkeit ist, was eine grundlegende Eigenschaft des Universums zu sein scheint. Wenn wir also etwas finden, das schneller als Licht reisen kann, wäre es möglich, Informationen schneller zu übertragen, aber bis dahin sind wir auf Lichtgeschwindigkeit beschränkt. [bearbeitet, um den zweifelhaften Vorschlag zu entfernen, dass die Quantenverschränkung eine Informationsübertragung schneller als Licht ermöglichen könnte].

Ein guter Ansatz zum Verständnis ist die Betrachtung der beiden Komponenten von c, Permittivität und Permeabilität des Vakuums. Sie sind zwei Raumkonstanten, und schon unter ihrem Namen verstehen wir, dass es eine physikalische Eigenschaft/eine physikalische Grenze des Raums ist, keine Strahlung schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu übertragen.

Die hypothetische Eigenzeit von Photonen ist Null, da sie aus ihrer hypothetischen Sicht nicht an der Raumzeit teilnehmen, ihr Minkowski-Diagramm würde auf einen dimensionslosen Punkt reduziert. In diesem Sinne könnte man sagen, dass Informationen sofort übermittelt werden – aber das ist eine Betrachtung, die die Raumzeit, in der wir als Beobachter leben, nicht berücksichtigt. So wie es ein grundlegendes Gesetz gibt (das zweite SR-Postulat), dass Lichtgeschwindigkeit nicht schneller als c beobachtet werden kann, gibt es für Raumzeitbeobachter keine Möglichkeit, Informationen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu erhalten.