狹義相對論告訴我們，你運(yùn)動得越快，時間流逝得越慢，而當(dāng)運(yùn)動的速度等于光速時，時間就停止流逝了。那么超過光速呢？

許多人就認(rèn)為，此時時間就開始倒流，也就是說超光速旅行意味著回到過去。在許多科幻作品中常會出現(xiàn)這種情節(jié)。

寫于1923年的一首關(guān)于狹義相對論的打油詩，就形象地體現(xiàn)了這種觀點(diǎn)：“有位叫布萊特的年輕姑娘，她行走的速度遠(yuǎn)勝于光，她以相對論的方式，從某一天出發(fā)，卻已于前晚歸來。”

但狹義相對論也告訴我們，要把一個比光運(yùn)動慢的物體加速到光速，你需要無限多的能量，更別提要超光速了，而回到過去常常會破壞因果關(guān)系，例如所謂的祖父悖論：如果你回到過去，并殺死你的處在幼年的祖父，那么你怎么會在之后出生并長大后回到過去殺死你的祖父呢？所以說，超光速旅行是一件不可能的事情。

不過，讓我們暫時假設(shè)一下，如果可以進(jìn)行超光速旅行，那么究竟會發(fā)生什么呢？時間真的會發(fā)生倒流嗎？

最近，美國密歇根理工大學(xué)的物理學(xué)家羅伯特·涅米羅夫，利用一個非常簡單的模型對此進(jìn)行了研究。對于相對論這么復(fù)雜的問題來說，即使簡單的模型也含有如下一系列設(shè)定：

設(shè)定1：離地球10光年遠(yuǎn)的地方有一顆X行星，正在以相對于地球?yàn)?.1c（c為光速）的速度遠(yuǎn)離地球。

設(shè)定2：有一艘宇宙飛船從地球上的發(fā)射臺上起飛，以恒定的速度駛向X行星；抵達(dá)X行星后立刻再次起飛，以相同的恒定速度返回地球，并停在離發(fā)射臺不遠(yuǎn)的停機(jī)坪上。相同的速度，指的是飛船去程時相對于地球的速度，與返程時相對于行星X的速度大小相同。這意味著，飛船返程時相對于地球的速度大小需要使用狹義相對論來計算。

設(shè)定3：為了計算的方便，飛船發(fā)射時的時刻設(shè)為0。

設(shè)定4：討論中所說的時間和距離都是相對于在地球上的觀察者而言的。

涅米羅夫?qū)︼w船在近光速、等光速、超光速等不同速度下的情形進(jìn)行了計算。他的研究結(jié)果呈現(xiàn)出的是一個超乎想象的世界。

【0.1-1c：沒什么奇怪之處】

不管怎樣，飛船的速度必須大于0.1c，否則追不上X行星。我們先來考慮飛船的速度為0.5c的話，看會出現(xiàn)什么情況。

如果地球和X行星的距離一直不變，飛船只需要20年就能抵達(dá)目的地，但由于X行星正在1/10光速的速度遠(yuǎn)離地球，飛船需要25年才能追上它。抵達(dá)時，飛船與地球的距離將變?yōu)?2.5光年。

鑒于光的傳播需要時間，地球上的你需要再過12.5年才能看到飛船抵達(dá)X行星。也就是說，飛船離開地球37.5年后，你才能在天文望遠(yuǎn)鏡里看到飛船降落在X行星的情況。

之后飛船立即返回，其速度相對于X行星仍是0.5c，但根據(jù)狹義相對論，相對于地球來說速度不是變?yōu)?.4c(0.5c減去0.1c)，而是會變?yōu)?.4211c，這樣返程時間將變?yōu)?9.69年，而飛船總共旅行的時間為54.69年。

但不管怎樣，地球上的你會看到，飛船就是直接離開了，抵達(dá)X行星，然后返回地球，不會看到有什么奇怪之處。

【1c：事情開始變得有點(diǎn)怪異】

如果飛船的速度是光速呢？很顯然，根據(jù)狹義相對論，飛船在往返中相對于地球的速度都將是光速。

經(jīng)過計算，飛船抵達(dá)X行星需要11.11年，抵達(dá)時與地球的距離當(dāng)然變?yōu)?1.11光年。鑒于光的傳播需要時間，地球上的你需要再過11.11年，即總共22.22年，才能看到飛船抵達(dá)X行星，而飛船從X行星返回地球需要11.11年。

飛船總共旅行的時間為22.22年。

這時候，事情開始變得有點(diǎn)怪異。過了22.22年，你才會看到飛船抵達(dá)X行星，但同時也會看到飛船返回了地球并降落在停機(jī)坪上。

這是因?yàn)轱w船抵達(dá)X行星的光信號，會與飛船一起以同樣的速度（即光速）抵達(dá)地球。

【1-10c：“魅影”飛船的出現(xiàn)】

如果飛船進(jìn)行超光速旅行會是什么情況呢？計算顯示，飛船進(jìn)行超光速旅行時，會導(dǎo)致返程所需的時間小于去程所需的時間。

如果飛船的速度是5c的話，那么飛船會在發(fā)射后的2.041年抵達(dá)離地球有10.20光年遠(yuǎn)的X行星。由于相對論效應(yīng)，飛船返回地球的速度，相對于地球來說將變?yōu)?.8c，所以回來的時間變短，只需再過1.041年就回到地球了。飛船總共旅行的時間為3.082年。

但對于地球上的你來說，事情變得十分詭異。首先，你會看見飛船很正常地離開了地球。過了3.082年，你還會在天空中看到這艘飛船正飛往X行星，但同時你會看見停機(jī)坪上突然憑空產(chǎn)生兩艘同樣的飛船，其中一艘停留在停機(jī)坪上，另一艘會立刻離開地球并倒著飛往X行星。

之所以會出現(xiàn)這種古怪的現(xiàn)象，是因?yàn)轱w船跑得比光快。飛船返回地球之后，你不僅會看到停在停機(jī)坪上的飛船，而且還能看見飛船離開時產(chǎn)生的影像（也就是你之前也能在天空中看到的飛船），還有就是能看見飛船返回時產(chǎn)生的影像（一艘從停機(jī)坪上飛往X行星的飛船）。

其中，飛船返回時產(chǎn)生的影像，看起來如同倒著播放的錄像一樣，或者可以說這艘飛船似乎在逆著時間行駛。

為什么這么怪異？這是因?yàn)轱w船跑得比光快，在飛船返回時產(chǎn)生的所有影像中，接近地球的會先傳到的地球上，遠(yuǎn)離地球的會后傳到地球上，所以你會看到飛船先出現(xiàn)在停機(jī)坪，然后起身離開，倒著飛往X行星。

總之，飛船一旦抵達(dá)停機(jī)坪，飛船的影像就會從1個變?yōu)?個，但需要注意的是，飛船的真身只有那艘停在停機(jī)坪上的飛船，其余的就只是影像，或者可以說是飛船的“魅影”而已。

在發(fā)射之后的12.24年，你才會看見那艘從發(fā)射臺起飛的飛船抵達(dá)了X行星，另外你也會看見從停機(jī)坪倒著飛向行星X的飛船也抵達(dá)了X行星，并于前面的影像合二為一。也就是說，這兩個影像同時抵達(dá)了地球。那么，之后會發(fā)生什么？

因?yàn)橹笤僖矝]有什么影像傳到地球上，所以這兩個影像在合二為一之后就消失了，只留下停機(jī)坪上那個飛船的影像（如果飛船回來之后就始終停在停機(jī)坪上）。

兩種圖像融合到一起并消失，有點(diǎn)類似與粒子與反粒子遇到一起并發(fā)生湮滅。

【10c：返程時間變?yōu)?】

如果飛船的速度更快的話，返回所需要的時間就會越來越短。

當(dāng)速度為10c時，飛船需1.010年抵達(dá)離地球有10.10光年遠(yuǎn)的X行星，而返程時間則變?yōu)?，也就是說飛船一旦抵達(dá)X行星，它會立即跑到地球的停機(jī)坪上。

此時，返回時飛船相對于地球的速度變?yōu)榱藷o窮大。

不過，對于地球上的你來說，事情還是與前面的類似。首先，你會看見飛船時候很正常地離開了地球。過了1.010年，你還會在天空中看到這艘飛船正飛往X行星，但同時你會看見停機(jī)坪上突然憑空產(chǎn)生兩艘同樣的飛船，其中一艘停留在停機(jī)坪上，另一艘會立刻離開地球并倒著飛往X行星。當(dāng)時間為11.11年時，天空中的兩艘“魅影”飛船在X行星上融合到一起并消失。

等一下，再怎么怪異，上面也沒有出現(xiàn)回到過去的現(xiàn)象?。縿e急，我們再把飛船的速度增加一下。

【10-19.95c:具有負(fù)能量的飛船出現(xiàn)】

如果飛船的速度繼續(xù)增大，返程時間將變?yōu)橐粋€負(fù)數(shù)，這意味著飛船是逆著時間回到地球上的。

返程時相對于地球的速度雖然是一個正常的數(shù)，但是速度的方向?qū)⒆優(yōu)檫h(yuǎn)離地球的方向。

那么，飛船是怎么逆著時間回到地球上的？

如果飛船的速度大于10c，卻小于19.95c（隨后我們就會明白19.95c意味著什么），那么事情將是這樣的：一艘飛船從地球上的發(fā)射臺升空并前往X行星。過了一段時間之后，在停機(jī)坪那里憑空出現(xiàn)兩艘同樣的飛船。其中一艘停留在停機(jī)坪上，另一艘會立刻離開地球并倒著飛往X行星。最終，從發(fā)射臺升空的飛船與從停機(jī)坪倒著飛走的飛船，在X行星那里融合到一起并消失。

注意這里所說的不僅是你所看到的場景，更是真實(shí)發(fā)生的場景。

在停機(jī)坪那里憑空誕生出的兩艘飛船，是真實(shí)發(fā)生的，之后在X行星那里發(fā)生的湮滅事件也是真實(shí)發(fā)生的。多出來的飛船不是“魅影”，而是在實(shí)實(shí)在在的事物。

前面那幾種情況，地球上的你看到的場景中，雖然能看到飛船的影像就會從1個變?yōu)?個，但其中的2個不過是“魅影”而已。

為什么會這樣？這是直接利用狹義相對論的公式得到的結(jié)果，它并不會告訴我們?yōu)槭裁催@樣。不過，此時的確憑空多出兩艘飛船，這不違背能量守恒定律嗎？

涅米羅夫認(rèn)為，要想使得能量守恒，那艘逆著時間飛行的飛船應(yīng)該具有負(fù)能量，這樣就可以憑空誕生兩艘飛船，并在X行星處發(fā)生湮滅并化為虛無。

另外，從停機(jī)坪離開倒著前往X行星的飛船，它是在逆著時間飛行。那么飛船里面的人會發(fā)現(xiàn)里面的時鐘倒著轉(zhuǎn)嗎？事實(shí)上不會的，飛船里面的人不會感覺到任何不對勁的地方，而地球上的人會注意到此時飛船上的時鐘在倒著轉(zhuǎn)。

如果飛船的速度是15c的話，去程所需的時間為0.6711年，返程所需的時間則為-0.3378年，總共旅行所需的時間為0.3333年。

當(dāng)時間為0.3333年時，停機(jī)坪那里憑空誕生出的兩艘飛船，一艘停留，另一艘飛船以29.80c的速度（相對于地球）倒著前往X行星。

最終，兩艘飛船同時抵達(dá)X行星并發(fā)生湮滅事件，時間為0.6711年，它們離地球的距離為10.07光年。

奇怪的是，地球上的你不會注意到此時與之前進(jìn)行超光速旅行的飛船有什么不同。如果速度是15c的話，那么時間為0.3333年，你會看見兩艘飛船出現(xiàn)在停機(jī)坪那里，不過當(dāng)時間為10.74年時，你才能看見兩艘飛船同時抵達(dá)X行星并發(fā)生湮滅事件。

【19.95c：總共旅行的時間將變?yōu)?】

然后我們就來說說19.95c。當(dāng)飛船以此速度旅行時，會出現(xiàn)返程所需的時間是去程所需的時間的相反數(shù)，也就是說，飛船總共旅行的時間將變?yōu)?。

這樣，飛船從發(fā)射臺上起飛的同時，停機(jī)坪上就會憑空誕生出兩艘實(shí)實(shí)在在的飛船，一艘停留，另一艘飛船也以19.95c的速度離開地球。

最終，兩艘飛船同時抵達(dá)X行星并發(fā)生湮滅事件，時間為0.5038年，它們離地球的距離為10.05光年。

地球上的你看到湮滅事件時，時間已是10.55年。

【19.95c以上：在發(fā)射前返回的飛船】

如果飛船的速度大于19.95c呢？你可能猜到了，飛船總共旅行地球的時間將變?yōu)樨?fù)數(shù)。這樣，在飛船還沒有發(fā)射之前，停機(jī)坪上就會憑空誕生出兩艘實(shí)實(shí)在在的飛船，一艘停留，另一艘飛船倒著飛往X行星。

過了一段時間，飛船才從發(fā)射臺上起飛。之后，空中的兩艘飛船會同時抵達(dá)X行星并發(fā)生湮滅。例如，如果速度是30c的話，那么去程所需的時間為0.3344年，返程所需的時間為-0.6711年，這樣，總共旅行的時間為-0.3367年，也就是說飛船發(fā)射前的0.3367年，飛船就已經(jīng)回來了。

從發(fā)射臺升空的飛船與從停機(jī)坪來開的飛船會在0.3344年在X行星相遇并發(fā)生湮滅，它們與地球的距離為10.03光年。地球上的你會在10.36年看到湮滅事件。

從停留在停機(jī)坪上的飛船走出來的宇航員，可以回顧著自己這趟旅程，之后宇航員還可以去看自己飛船的發(fā)射過程。

那么這時，類似于祖父悖論的時間悖論就會可能會上演：提前回來的宇航員說，X行星有著外星怪物，差點(diǎn)要了自己的命，所以宇航員阻止了之后飛船的發(fā)射。

那么如果阻止成功了，那么怎么會有經(jīng)歷過旅行的宇航員回來去阻止發(fā)射呢？

鑒于時間悖論的存在，我們可以說飛船的速度不能大于19.95c?；蛘?，我們可以假設(shè)存在某種物理學(xué)機(jī)制，使得宇航員不管做什么都無法干擾飛船的發(fā)射?；蛘撸部梢约僭O(shè)，飛船一旦開始逆著時間進(jìn)行旅行，飛船以及宇航員就會進(jìn)入平行的世界。也可以說，提前回來的宇航員來自于另一個平行世界，即使阻止成功了，也不會發(fā)生悖論。阻止成功之后，這個世界將會有兩個一模一樣的宇航員，他們之間唯一的區(qū)別將是一個經(jīng)歷過這次旅行，另一個沒有經(jīng)歷過。

如果飛船的速度變?yōu)闊o限大呢？很顯然，飛船會立刻抵達(dá)X行星，不過從X行星返回到地球的時間不是0，而是-1.000年。也就是說在發(fā)射前一年，飛船就回來了。

另外，如果X行星離地球更遠(yuǎn)，或者X行星遠(yuǎn)離地球的速度越大，那么飛船回來的時間就會越早。

【奇怪而令人深思的設(shè)定】

總之，超光速旅行并不總是意味著回到過去。另外，飛船超光速旅行時，有時還會產(chǎn)生兩個額外的飛船。

你可能會感到奇怪，為什么涅米羅夫要設(shè)定一個遠(yuǎn)離地球的X行星呢？這其實(shí)是為了討論方便而設(shè)立的，因?yàn)樵谶@種情況下有可能出現(xiàn)飛船在發(fā)射前就返回的現(xiàn)象。如果沒有X行星，我們也可以假設(shè)飛船在天空中某個幾何點(diǎn)掉頭，速度變化的多少要相對于原來運(yùn)動時的速度，這樣就可能出現(xiàn)提前返回的現(xiàn)象。

如果我們設(shè)定飛船從X行星返回時的速度相對于地球變?yōu)槟硞€值時，不管這個值是多少，你怎么算，都無法產(chǎn)生返回地球的時間小于0的情況，這樣就無法出現(xiàn)提前返回的現(xiàn)象。

涅米羅夫的研究引發(fā)了很多問題。例如，物體運(yùn)動的速度超過光速之后，狹義相對論中的那些公式真的還能管用？這個超光速旅行，是否能揭示量子力學(xué)中某些看似超光速的現(xiàn)象呢？（例如量子糾纏現(xiàn)象，即單獨(dú)干擾其中任意一個粒子，會不可避免地瞬時影響到另外一個粒子的性質(zhì)。）另外從發(fā)射臺起飛的飛船里，宇航員能否看到另一艘倒著飛行的飛船？

涅米羅夫只研究了固定在地球上的慣性系上的場景，還沒有去詳細(xì)研究其的情況，不過他發(fā)現(xiàn)，雖然地球上的你可以看見一艘具有負(fù)能量的飛船倒著飛向X行星，但對于某些坐標(biāo)系里的觀測者來說，會認(rèn)為不存在這艘負(fù)能量的飛船，那么這種悖論如何解決？

你也不要想著計劃建造飛船準(zhǔn)備來看看事情究竟怎樣。涅米羅夫的研究結(jié)果不可能在現(xiàn)實(shí)中發(fā)生。

“我不相信你可以建造一個可比光更快的飛船。”涅米羅夫說道。

盡管如此，他的研究仍具有啟發(fā)性。