速度超过光速，时间将会倒流（回到过去）。这个说法里九州体育首页，需要注意两个要素九州体育首页，第一个是“超过”，第二个是“光速”。因此问题的重点在于：为什么速度一定要“超过”光速，以及，为什么要超过的速度是“光速”？

　　我们知道，速度=距离/时长。“距离”是对空间的度量九州体育首页，“时长”是时间中的一段，因此速度的公式也可以被替换作：速度=空间/时间。也就是说：速度是一个与“空间”和“时间”都直接相关的量九州体育首页，它的变化会影响到空间和时间。

　　另外九州体育首页，“速度”是一个“相对量”（relative），而非一个“绝对量”（absolute）。通俗地说，一个物体的速度，只有在与其它物体的速度“相对”时，才有意义。举个例子，我们平时说，一辆车的速度是20公里，其实指的是这辆车相对于一个静止的物体（路面）的速度是20公里。在承认车速相对于路面的速度为20公里的同时，我们默认了路面的速度为0。

　　而且，也只有在把路面视为“不动”的情况下九州体育首页，我们才可以放心地称，车的速度是20公里；如果车是在航空母舰上行驶，同时，航母也在航行，那么相对于静止的水面，车速可能就不是原来的20公里了。

　　由于速度是相对的，所以它是可以变化的。举个例子：两军交战。我军士兵向远处的敌军士兵投掷了一枚手雷，敌军士兵见状，拼命地向后逃跑；假设手雷的飞行速度是5米/秒九州体育首页，而且在空中一直保持着这个速度，敌军士兵向后逃跑的速度是4米/秒。现在，手雷接近敌军士兵的速度变成了：5-4=1米/秒。我们发现九州体育首页，在敌军士兵看来，手雷飞向他的速度，由于自己的运动而减小了。如果有敌人向手雷迎面跑去，那么手雷接近他的速度就是手雷的速度与敌人的速度的和，9米/每秒；我们在日常生活中所见的一切速度都像这样，是可加可减，可以相对而变化的。

　　光速总是一定的，从来不会改变。当人跑向一个物体时，该物体接近人的速度就会比人不动时要快。但是，光接近你的速度却永远是一定的，不管你是向着光跑九州体育首页，还是背着光跑。这一点可以用一个实验来证明：一辆开着大灯的车停在路上，前方的光速检测设备测定灯光的光速为：299792458米/秒。这时，车开始以20米/秒的速度向前开。我们凭直觉来想，光速肯定会变为：299792458+20=299792478米/秒，因为大灯是在移动的车上发光的，车速必将给光速一个额外的“推动”。然而真实情况却不是这样。无论车以多快的速度移动，光速一直都保持着299792458米/秒，永恒不变。

　　光速是精准的299792458米/秒，不是近似值。这是因为国际上把“米”的含义定义为了：光在1/299792458秒内于真空中行进的距离。因此“米”和“光速”是“互证”的，以消灭计算误差。

　　由于“光速不变”的这个独特性质九州体育首页，物理学上将“光速”视为一个“普适常量”（universal constant）。光的速度不会因任何物体的相对运动而改变。通俗地讲，光的速度对于任何人来说都是一样的。

　　需要清楚的是，“速度”的本质是一个物体在单位“时间”内于“空间”中的位移。爱因斯坦对此提出了一个惊人的理论：要保持光速不变，一个物体在运动（拥有速度）时，它的空间和时间就不可能保持不变，必须相对地做出调整。这意味着什么呢？

　　在日常生活中，我们见到的速度都很慢，离光速还差得远，所以我们几乎发现不了“光速不变”对空间和时间所带来的影响。但是不妨想象，如果汽车能够以接近光速的速度移动九州体育首页，情况将变得十分明显：作为一个站在路边的人，你将看到车的长度沿着它运动的方向缩短了，而且车内的时间流动变得很慢。

　　路边的人如果能听到车里人的手表的滴答声九州体育首页，这种声音应该相当慢；如果你坐在车里的话，将不会感觉到你的时间有任何变化，手表很正常，但是当你望向窗外九州体育首页，会发现路边的楼房等景物正在不断地向汽车运动的反方向扭曲，天空则会朝视线的消失点收缩；对以任何速度运动的任何人来说，时间和空间的这种相对调整维持了光速的绝对一定。

　　《星球大战》中，“千年隼”号飞船在接近光速的一瞬间，窗外景观的剧烈变化。在现实中，如果可以如此接近光速，人的眼睛应该无法再看到星空了，因为伴随着速度的增加，“多普勒频移”现象会让可见光的波长变短九州体育首页，最后不再可见九州体育首页。不过虽然是科幻，应该可以帮助理解。在物理学上，相对静止的观察者所见的运动中的物体的空间变化，称作“长度收缩”（length contraction）。

　　光速不变，空间和时间就要相对变化，一起因物体的运动而精确调整。可以想象，如果没有这种“保护性”的调整，那么我们每个人眼中的光速都是各不相同的。因此，既然空间和时间一直是一起调整的，也就可以说：空间和时间从来都不是两个独立的事物九州体育首页，而是一同运作，相对变化的一个单体“四维”结构九州体育首页，称作“时空”（space-time）。这个概念是“相对论”的根基。

　　如果觉得实在难以理解九州体育首页，可以这么来考虑：当一个人与光同向运动时，他无法去“追”光，因为光速必须总是比他快 299792458米/秒，所以他的速度与光速的差距无法缩小；当人跑向一束射向他的光时，人眼中的光速也并不会像“两军交战”的例子中的手雷一样，相对于他而加快，而是仍然一直保持着 299792458米/秒；在这种情况下，当一个物体运动起来时，光速不可能为他而加快或减慢，唯一能改变的，就只有运动者的时间和空间（时空）。

　　另外，很多人不太理解，为什么既然光速不变九州体育首页，但是当人跑向一束光时九州体育首页，光射到他身上所用的时间会比人不动时更短？这是因为九州体育首页，人在向着光跑时九州体育首页，光与人之间的“空间距离”的缩短的速度由于人的运动而加快了；比如，一束光射向小明。

　　当小明站立不动时，光与他之间的“空间距离”缩短的速度是c。然而当小明以5米的速度向光跑去时，光与他之间的“空间距离”缩短的速度就变成了c+5。光与小明之间的“空间距离”随时间的缩短，也就是光要到达小明而所需行进的“总路程”的缩短，因此射到小明身上所花的时间也会较短。光速c并没有因此而改变。

　　明白了这些，可以做出结论：速度低于光速九州体育首页九州体育首页九州体育首页，时间的流速会减慢。当物体处于运动状态时，在相对于这个物体不动的观察者眼里，物体的时间会变慢，这种现象称作“时间膨胀”（time dilation）。它的成因可以用一个类似的例子来说明：从上海去北京，我们可以一直朝北走九州体育首页，也可以先去新疆，再绕到北京。

　　但是用相同的速度，第二种走法显然会花掉更多的时间，因为我们在去新疆的时候，把向正北方的速度分割给了西方一部分，因此真正朝着北京的速度就不如第一种方法的快；空间和时间也一样，可以把它们想象成正西方和正北方。我们呆立不动时，虽然没有在空间上移动，但是每时每刻都在时间上“移动”九州体育首页。一旦我们（在空间上）动起来九州体育首页，那么我们在时间上的“速度”就必须分割给空间一部分，时间就慢了下来。A相对于B运动，A的速度越快，在B看来，A的时间就越慢。

　　关于从上海去北京的例子，这其实是对“时空图”，或者“闵可夫斯基图”（Minkowski diagram）的描述。在图上，时间乘以光速（ct）是时间轴， x、y 和 z 是空间轴。当质点相对静止时，它的世界线（于四维时空中的运动轨迹）表现在图上，是与时间轴平行的；当质点匀速运动起来时，世界线会变成一条斜率为 v/c（关于 ct 轴）的直线。现实意义就是，如果物体在空间上运动九州体育首页九州体育首页，它的时间会变慢。

　　像这样，如果一个低于光速的速度可以让时间减慢的话，那么一个等同于光速的速度会对时间造成什么样的影响呢？

　　最有可能的答案是：速度等于光速，时间会停止。可以想象，如果你此刻正在以光速运动，那么你就会像光一样。以光的角度来看，从一点运动到另一点不会消耗时间，或者说没有时间可以消耗，因为你独立于参考系之外，没有时间和空间的概念，时空不会因你的运动而做出调整；这样一来九州体育首页，以光速运动者的时间，与另一个用来参考的时间之间就没有了可比性（或者说，无法找出差别），因此等同于是停滞的九州体育首页。A以光速运动，它的时间不流逝。

　　很多人不太理解，既然说以光速运动的物体等同于是停滞的，那么为什么人们所见的光的传播还是会需要时间？在任何参考系下，光速都是恒定的，这意味着人们看到的光总是会以一个固定的速度传播，这也是为什么阳光平均需要8分20秒才能到达地球。

　　然而，以光速运动的物体不消耗时间，也不运动距离，因此在理论上，光速本身是一个无效的参考系。由于在光速下，观察者无法做观察，所以这两个方面之间没有任何的矛盾。也正是因为如此，上面所写的“以光的角度来看”的说法，只是帮助理解的拟人而已，不能算作严谨的论证。

　　现在，似乎终于有充分的理由可以做出假设：速度超过光速，时间将会倒流。如果单个物体的运动速度超过光速，那么在某些观察者看来九州体育首页，它的运动确实有可能是逆向于时间的九州体育首页。或者说九州体育首页，有人会看到，物体的一切速度的方向，都彻底地反转了过来。而且在理论上，运动者自己也有可能会看到反射自较早时候的光，甚至是自己开始超光速运动之前的光。

　　“洛伦兹变换”（Lorentz transformation）是一个物理学术语，它描述了时空因物体的运动，而在不同的观察者眼中显现出来的变化的关系。这种变化的系数，被称作“洛伦兹因子”（Lorentz factor），与物体的速度有关九州体育首页。上面是它的图像九州体育首页。

　　γ（伽马）是“洛伦兹因子”九州体育首页，表示为图上蓝色的曲线。v是物体在惯性参考系（匀速运动）中的相对速度。c是真空中的光速。

　　假设行驶中的火车车厢里有一面镜子和一个光源，车厢内有一个观察者，车外的站台上也有一个观察者。在车厢内的观察者开启光源的同时，两个观察者开始计时。光射向镜子后又被反射回来，当光重返光源处时，两个观察者停止计时；由于光速 c 不变，站台上的观察者看到光沿其轨迹传播的速度也应该是 c，而且由于车在运动，所以从车外看，光的传播轨迹是斜线；设火车的速度是 v，利用勾股定理，三角形的第二条直角边，也就是火车外的观察者所见的光向镜子的传播速度是：√(c^2-v^2)；设光源与镜子之间的距离是 W，如此九州体育首页，在站台上的观察者看来，车内的光在光源与镜子之间走一个来回用的时间 Tm 就是：2W/√(c^2-v^2)；设飞船内的人所见的光走一个来回所花时间是 Ts，可以得出：2W=c*Ts；如果用 c*Ts 替换 2W，再代入到 Tm 的公式中，便能够得到：Tm=(c*Ts)/√(c^2-v^2)，整理 c 后即：Tm=Ts/√(1-(v/c)^2)。洛伦兹 γ 也就是：1/√(1-(v/c)^2)九州体育首页。

　　可以看到，在速度（横轴）达到90%的光速c时，因子（纵轴）为约2.294。它的实际意义在于：当物体达到90%的光速的速度的时候，1. 它的长度比不动时缩短了2.294倍。2. 它的1年时间相当于静止的观察者的2.294年九州体育首页。3. 它的质量变成了原来的2.294倍，再继续加速的难度陡然增加。

　　请注意图像的特点，当速度快要接近光速c的时候（大概在超过90%的光速时），因子（加速的难度）突然大幅度上升，趋近于无穷大，但速度却永远也达不到光速。如果把一个大于或等于光速的速度代入公式，计算出来的因子要么不是一个实数（根号内的数字为负数），要么无法被定义（分母为零）。

　　这意味着：要把一个有质量的物体加速到光速，需要无穷大的能量（来带动它逐渐趋于无穷大的质量），然而“无穷大的能量”是不存在的，所以我们无法将一个有质量的物体以任何方式加速到光速。换句话说：速度无法超过光速，甚至无法达到光速，只能无限趋近。

　　由于在理论上，物体的速度没有办法超过光速，所以“速度超过光速，时间将会倒流（回到过去）”这种说法的前提不能达成，无法再继续讨论结论的对错了。

　　很多人不太理解一个问题，如果两个观察者都以0.51倍的光速逆向而行的话，那么其中任意一个观察者是否将看到另一观察者的速度超过了光速？答案一定是否定的。日常生活中的速度都很小，所以一般使用经典力学下的速度公式来计算，求出来的结果仅仅是一个近似值。

　　然而如果速度很大的话，一旦考虑进了狭义相对论，不同参考系下的观察者所见的速度，则是用“速度加成式”来计算的：x=(v+u)/(1+vu/c^2)，v是观察者的速度，u是物体的速度，x是观察者眼中的物体的速度。代入任何一个小于光速的速度，结果都永远不会大于光速。

　　目前九州体育首页，欧洲核子研究组织（CERN）在瑞士日内瓦总部建设的“大型强子对撞机”（LHC）可以用高能把粒子加速到99.999994%光速的速度。这差不多是我们加速的极限了，距离100%光速虽然只差一点儿九州体育首页，但是仍然遥不可及。

　　从粒子物理的角度来看，普通物体的速度无法达到或超过光速的原因是：普通物体有质量，光（光子）没有质量。质量的另外一个实际意义是“加速的难度”，因此一列火车要停下来九州体育首页，肯定比一辆小汽车困难得多（也就是九州体育首页，在以前进为正方向的设定下，更难获得负加速度），而要让火车开起来（获得正加速度），耗费的能量也会比汽车大得多；光子没有静止质量，因此可以以理论上宇宙中最快的速度运动九州体育首页九州体育首页。

　　电子游戏《质量效应》（Mass Effect）系列，提供了一种别出心裁的超光速旅行方案，那就是设法把物体的质量降低到零。截图里，“质量中继”（mass relay）正负责在自身与相距很远的另一座中继之间建立起一个直线式的零质量通道，让飞船可以轻松地在其间进行远距离迁跃。

　　值得一提的是九州体育首页九州体育首页，近期推测存在一种运动速度比光子更快的亚原子粒子，称作“快子”（tachyon）。在它加速时，能量反而会降低。除此之外，再也没有其他的例子可以说明有单一物体的运动速度可以比光快；需要注意的是九州体育首页，假设这种粒子真实存在，它的速度一定是生来就超过光速的九州体育首页。没有任何有质量的物体可以被“加速”到光速，所以这与前面的内容并不矛盾。

　　很多人会有这样的疑问：既然光子没有质量，为什么它还会被黑洞的引力束缚住，无法逃脱？简单地说，“广义相对论”对于“引力”的概念有不同寻常的看法九州体育首页。经典物理学将引力视为一种力，现代物理学则认为“引力”来自于时空的几何形状九州体育首页，任何有质量的物体都可以使时空变形；黑洞是一个在很小的区域内集中了极大的质量的天体，这使得它近处的空间本身被严重扭曲。

　　在黑洞的理论边界（事件视界，event horizon）内，空间的所有方向都指向黑洞的中心，这就是为什么光子没办法以光速从黑洞中逃逸出来九州体育首页。这些光当然也永远不可能射入观察者的眼里，因此理论上黑洞的本体看上去应该是漆黑的。值得注意的是，空间的速度超过光速并不会违背什么，因为这只是局部空间相比得到的相对速度，不是一个物体加速的结果。

　　借助“洛伦兹因子”的图像和公式，来解释物体无法被加速到光速的原因，是最直观，也是最容易理解的。不过，很多人认为应该用“因果律”（causality）来说明才更基本，更有说服力。

　　也就是，人们不可能先看到一个事件的影响，后看到起因，除非其中有“超光速”的行为。因为，如果物体的速度超过光速，一些观察者就有可能会看到前后颠倒的事件顺序，违背我们平时习以为常的“因果关系”。

　　举一个例子：小明相对静止，小红从小明的左边以超光速跑过九州体育首页，小刚以一半的光速从小明的右边跑过。当小红正好经过小明所处的位置的时候，小明递给小红一根棍子，之后当小红与小刚擦肩跑过的时候，小红用棍子打一下小刚。从小刚的角度来看九州体育首页，他会先被小红用棍子打一下，之后才看到小明将棍子递给小红。这种情况对于正常的思维来说是无法理解的。

　　最后补充一点。即使我们无法超过光速，也并不意味着“回到过去”是不可能的，只是无法通过加速来实现而已九州体育首页。“虫洞”（worm hole）是“广义相对论”预言的一种连接时空上的两个点的捷径。

　　穿过虫洞可以来到宇宙中处于不同时间和空间上的另一点。总之，虫洞的存在性无法被彻底否定，而且，通过虫洞进行时间旅行在理论上也无懈可击，不过或许实际操作是不可行的，不然“为什么我们现在的世界里没有挤满了来自未来的人呢？”

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