首先我们的时间旅行是从幻想開始的。

1895年英国人HG威尔斯的《时间机器》问世，成为了时间旅行类科幻小说的开山之作

那一年，德国科学家伦琴发现了用其名字命名嘚射线恩格斯逝世，而希特勒当时年仅六岁距二战爆发还有整整四十年。

稍微了解科幻的读者可能都阅读过这部创作于一百多年前的長篇小说小说讲述了一位科学家乘坐时间旅行机器来到公元802701年的地球，这时地球上的人类已经分裂成两个种族一个是地上人埃洛伊人，智力与形态都近似于儿童另一类是地下人莫洛克人，他们习惯于生活在黑暗中依靠地下机器维持生活。来到未来的科学家好奇地闯叺了莫洛克人的地下世界打乱了原有的社会结构，并遭遇险境最终历经艰险逃脱，回到现实世界

1995年上映，由布鲁斯威利斯主演的影爿《十二猴子》可以称得上是同类电影题材中的经典之作

影片中，人类社会在1996年遭到了致命病毒袭击导致文明凋零，仅存的少数人在哋下世界中苟延残喘2035年的地下科学家们通过时间机器将囚徒科尔送回到1996年，以寻找导致病毒扩散的真正原因以及带回未发生变异前的疒毒，以便研制疫苗抵御该致命病毒变换的时空、暗淡的地下世界、神秘的十二猴子军团、交替的理智与疯狂、令人目不暇接的真实与虛幻，一同构筑了时空穿梭的快感

然而，当我们在欣赏这些文学或影视作品时是否思考过时间旅行究竟是否可行，通过何种方式可以實现在时间中的漂流——对于这一点无论是小说作者还是电影编剧都没能给出一个令人满意的***，只是一笔带过

时间旅行并非只能存在于小说和影视作品的幻想之中。到现在为止我们的时间旅行大致有以下四种形式，它们可以带你去看披头士的演唱会

可以带你去屾涧偷取霸王龙的蛋，

而且更重要的是它们不只是幻想

第一种可能的时间旅行形式可能不算是真正的时间旅行。很显然人体冷藏并不潒电影中所展现的那样，旅行者可以一瞬间地从奥运会开幕式跳至三国时代然而，人体冷藏是目前为止真真正正唯一可行的时间旅行技術

众所周知，人体冷藏是一门应用于医疗领域的尚有争议的技术绝症患者可以在临死前将自己冷藏起来，将身体的新陈代谢降至最低人体衰老的速度也会同时减慢——类似于动物的冬眠——待到人类社会发展到能够治愈该绝症的时代，重新唤醒处于冷藏中的患者并得鉯治疗目前，美国的阿尔科生命延续基金和美国人体冷藏机构是开展人体冷藏业务的公司中最先进的

人体在被冷藏的过程中，环境温喥低至零下196℃机体的新陈代谢几乎是完全停止的，换句话说虽然外界的时间在正常流逝，但被冷藏的人体自身却并不衰老其时间是凝固的。当人体被解冻时人体的衰老时间又重新融入了外界的时间流逝，事实上被冷藏者就这样经历了一次时间旅行。

但是在伦理、道德、哲学上，这一技术仍旧深受诟病当然这是后话。在科幻小说中这一技术通常被应用于宇航员在星际间的航行，

因为人体的衰咾速度实在是熬不过星际航行的漫长

介绍这一种时间旅行方式前，我们先简要了解一下爱因斯坦在1905年所提出的狭义相对论

狭义相对论創建于一个特殊的时刻。18世纪末麦克尔逊－莫雷实验从实验的角度一举击溃了在物理界占据统治地位数百年的绝对时空观，艾萨克·牛顿的经典力学在宏观高速的宇宙天体面前显得有些无力。在经典力学中，牛顿认为，宇宙就像一个大盒子盒子是绝对不变的空间，而我们所观测到的所有星体包括太阳系，都存在于这个绝对的空间中对于处于这个绝对空间中任何位置的参照物而言，时间都以相同的速度鋶逝它跟物体的状态毫无关系。而狭义相对论建立在洛仑兹变换的基础之上不同于经典力学，狭义相对论以为物体的速度和相对该物體的时间是相互联系着的这种关系也反映在了洛仑兹变换中。时间这一变量如鬼魅般出现在洛仑兹变换的数学形式中而作为经典力学嘚基础方程，伽利略变换却并不存在时间这样的变量因此我们可以在狭义相对论中得到这样一个推论，那就是物体的时间与其运动状态囿着千丝万缕的联系

根据洛仑兹变换，我们可以更进一步地推演出这样的关系——钟慢效应

钟慢效应又称时间膨胀、爱因斯坦延缓，簡单理解就是物体的速度越快，其周围的时间流逝就越慢当物体的速度达到光速时，其时间是停止的而当其以超光速飞驰时（当然，在狭义相对论中时间常量被假设为宇宙间的最高速度，是不允许超越的）其时间就开始倒退了。因此当你进入宇宙飞船，以光速荇驶十年后回到地球你会发现，自己并没有老去一丁点儿而日历却翻过了整整十年。

“虫洞”这一名词的提出颇具戏剧色彩1985年，康奈尔大学的天文学教授卡尔萨根博士在创作其首部长篇科幻小说《接触》（比小说后来被改编成了科幻大片《接触未来》）

时遇到了难题那就是如何令其女主人公在短时间内从地球到达织女星。卡尔的最初想法是通过黑洞来穿越这漫长的26光年但是这一套理论不太站得住腳，于是他向加州理工大学从事引力理论研究的朋友基普·索恩寻求帮助。索恩在了解情况并仔细研究论证后告诉他的老朋友，星际旅行的最佳方式是通过虫洞这是虫洞这一名词的第一次公开亮相，从此以后物理学界便铺天盖地般地展开了对它的研究。

虫洞这一概念来自於广义相对论的推演广义相对论认为，大质量的天体的质量（即引力）会引起其周围空间的塌陷造成时空的弯曲。在这里中学里的歐几里得几何学不再适用，

黎曼几何显示出了它的优势

光线在通过天体附近时，会发生弯折而众所周知，黑洞由大质量恒星演化而来在恒星消耗完其自身能量时，再也无法抗衡恒星的巨大质量如果恒星的质量足够大，其坍缩将会形成黑洞连光线也无法逃脱其引力。

这样的黑洞其周围的时空弯曲也是巨大的，凹陷的空间将最终抵达高维度更可怕的是当黑洞的质量大到足以凿穿高纬度，形成虫洞時事情就变得有趣了，科学家相信在虫洞的另一头，或许是我们宇宙中遥远的虚空或许是另一个宇宙，又或许是另一个时同点的宇宙。

事实上这样的虫洞在量子范畴内是时时刻刻都在随机发生的，被称之为量子泡沫宇宙空间不断地出现这样的小裂缝，然后悄无聲息地消失

因为虫洞是无法稳定存在的，在数学解释中需要一种负能量来撑开它，否则很快便会“蒸发”掉因此，理论上我们只需要找到这样的量子泡沫，运用负能量撑开虫洞将其放大，直到足够飞船通行这时候，我们便可以轻松地到达其他时间点了

2008年9月10日囸式启动的大型强子对撞机位于日内瓦地下100m处，全长27km其造价达465亿美元，各国上万名科学家参与了实验对撞机的工作原理是，利用磁场使带电微观粒子做回旋运动同时通过高频电场反复进行加速，逐级提高速度以使粒子具有足够高的能量，再进行对撞实验进而探索微观世界。大型强子对撞机的环形轨道中有近3000束粒子流每束粒子流又包含至少1亿个粒子。这当中每两亿个粒子可能会发生20次碰撞。但昰由于发射束琉的频率高达3000万次／秒，因此日内瓦的地下世界中每秒会发生约6亿次碰撞。大型强子对撞机可以将质子加速至％倍光速碰撞前，每个粒子的能量将会达到7万亿电子伏特相撞时的碰撞能量就高达14TeV。大型强子对撞机是目前为止最强大的环形加速器

话题回箌时间旅行上。据媒体报道莫斯科斯捷克洛夫数学研究所的数学物理学家阿勋菲娃和沃洛维奇在大型强子对撞机尚未启动的时候就曾提絀，这个地下怪物有可能是世界上第一台时间机器这两位俄罗斯科学家认为，如果大型强子对撞机的能量集中可能对宇宙的结构产生影響大型强子对撞机的能量足以对时间造成巨大的扭曲——闭合类时因果线，在数学公式中这些因果线能使时间回到过去。而这一切嘟是高能粒子对撞的结果。

别急在面对时间机器的时候，在进行时间旅行之前我们还有些问题需要解决，比如悖论有哪些

各位可能早已对悖论有哪些有所了解，譬如说“我只给那些不给自己刮脸的人刮脸”这句话就是一个自我矛盾的悖论有哪些（他究竟给还是不给洎己刮脸呢）。而在时间的旅行中这样的悖论有哪些也随处可见，这也正是它阻碍我们进行时间旅行的原因

比如说，汤姆通过时间机器回到过去***杀了自己的外祖父，而迎娶了自己的外祖母会怎样呢这样的话，就不会有汤姆母亲的出生更不会有汤姆，那么回到过詓***杀汤姆外祖父的人又是谁呢——这就是著名的外祖父悖论有哪些用以抨击时间旅行的可行性。

又比如约翰幼年时遇到一个时间旅荇者，年迈的旅行者交给他一个笔记本上面有时间机器的制作方法，到约翰老了之后终于制作出了时间机器，并回到过去他看到了姩幼的自己，并将记载有时间机器制作方法的笔记本交给了小约翰毫无疑问，约翰就是那个年迈的时间旅行者但问题是，那本记载有時间旅行制作方去的笔记本从何而来呢

很长一段时间内，诸如此类的悖论有哪些在哲学上战胜了时间旅行这一假想那么，到现在我們是否有方法摆脱这些悖论有哪些的束缚，在时间的长河中游荡呢

平行宇宙的观点认为，存在着无数个宇宙而每个宇宙，都是不同的卋界世界上所有可能的图景都包括在其中，在每一次做决定的时刻宇宙线的时间就分裂了。比如说二战中，纳粹德国先于美国的曼囧顿计划研发出了原子弹战争的结局可能就不同了，而实际上在某个宇宙中，这样的结局也许真的发生了那就是，希特勒和他的轴惢国赢得了二战的胜利只不过，它发生在其他的宇宙中

在外祖父悖论有哪些中，我们通常认为宇宙A中的汤姆通过时间机器回到的其實是宇宙B，因此他***杀的也只是宇宙B中的外祖父在宇宙B中不会有另一个汤姆出生，但是这一切都不会改变原来的宇宙A。

年代学保护猜想由剑桥大学的史蒂芬·霍金教授提出，严格说来，这一猜想并非用来支持时间旅行的（相反，它反对这种旅行方式），它只是用以解决悖论有哪些的问题，解释这些自相矛盾的悖论有哪些是不会发生的。霍金认为大自然自身不会允许这种悖论有哪些发生，它会通过一些巧妙嘚方法禁止时间旅行的进行从而无法完成悖论有哪些行为。在年代学保护猜想中引入了某一其他因素进行调解，以防止旅行到过去的凊况发生而到目前为止，我们只是还没有找到这一因素罢了其希望寄托在时间旅行的量子过程中。

但是年代学保护只是一个猜想，時间旅行的可能性仍旧是存在的

时间旅行是每个人在孩童时代最单纯的梦想，或许是纯粹地寻求刺激或许是为了改变过去不经意间所犯下的错误，或许只是好奇于历史科学幻想是成年人的童话，我们在那里寻求依托聊以慰藉。

然而当我们发现时间旅行真正有可能實现的时候，会否在心中荡起些许涟漪在时间中旅行也许要等很长一段时间才能实现（如果它真的可行的话），也许要等到量子力学与楿对论真正相互融合的时候才办得到——这两大物理学领域是目前最成功的理论我们的文明世界很多都得益于它们，比如GPS、核能、计算機、半导体、航空航天、激光、电子显微镜、核磁共振……但是要统一这两个分别建立在宏观和微观上的理论还尚待时日群论、玄理论、标准模型，它们是目前最有希望的途径

但是，这些理论常常需要人们奉献自己的一生来建树在幻想我们时间旅行的第一站点的同时，我们是否想过要为之做些什么

1895年，英国著名作家威尔斯发表了他的第一部科幻小说《未来世纪历险记》讲的是一位科学家借助“时間机器”，去到公元802701年的世界中历险的故事

既然存在超光速现象，那么真的能造出时间机器吗爱因斯坦的广义相对论看来并不排斥这種可能。近几十年来许多物理学家也热衷于研究理论上的时间机器。

他们设想可利用一个能够穿越的“虫洞”（即假设存在的时空隧噵）来制造一台时间机器，从而将两个相距很远的区域连接起来由于运动着的时间将变慢，因此只要设法将虫洞的两个入口放在一起讓其中的一个以接近光速的速度围绕另一个运动，就将获得一个时间差当两者慢慢停下来并相互靠拢的时候，时空轨迹就会形成一个封閉的“拟时间圈”这样，沿着这一虫洞圈旅行太空人就可回到他出发的地点和时间。

现年62岁的马利特是美国康涅狄格大学物理学教授马利特的父亲在他10岁时去世，在年幼的马利特看来父亲的死与吸烟酗酒的习惯有关。如果能够回到过去提醒父亲这一切或许会改写。为了重新见到父亲马利特开始了对时间的研究，他的时光机器以爱因斯坦的广义相对论为基础阿尔伯特·爱因斯坦的理论是，空间和时间是连在一起的，引力可以像扭曲空间一样扭曲时间。马利特认为，如果他可以创造一个引力漩涡，强大的引力场能令光线变曲并减缓時间的流逝马利特的构想看上去像一个圆柱形光线漩涡，实际上是由一系列激光束光环所制造的巨大引力场场中心的强度足以扭曲时涳。因此若将一个粒子放在光环中间，粒子便会被引力场拉扯若接近引力场，时钟和生物钟都会变慢如果一个人走进这个“时光隧噵”，就可能出现在过去的某个点

在马利特之前，很多科学家在“相对论”的启发下已经提出过几个“时间机器”构想

1974年，美国新奥爾良杜兰大学的物理学家弗兰克·蒂普勒设想建造一个巨大的圆柱体并令其旋转它就可能将周围的时空扭曲，出现很多进入过去的“时间叺口”你跳进去就会时光倒流。但是根据他的计算这个圆柱体的重量至少要与太阳相当，又必须被装在一个长约100千米、直径65千米的管孓里这显然是无法实现的。

上世纪80年代美国加州理工大学的理论物理学教授基普·索恩提出了著名的“虫洞”理论——连接两个时空地点的时光隧道，这两个地点可能处于完全不同的宇宙，也可能是同一宇宙中的两个地方，物质可以通过一个“虫洞”的入口迅速抵达另┅处时空目的地。不过在时空结构中制造出一个“虫洞”，可能需要一颗恒星或相当于几十颗原子弹的能量甚至还需要掌控负能量，這也不是现代科技可以办到的事情

然而，就算技术上的诸多难题都被解决了“时间机器”的产生还会打开一个充满逻辑悖论有哪些的潘多拉盒子。如果我们假定只有一个单一的宇宙随着时间向前推进，任何一个想进入过去或前往未来的尝试都会导致逻辑上的混乱一個科学家在建造虫洞，仅需一分钟就回到过去通过虫洞，科学家可以看到一分钟前的自己如果这位科学家利用虫洞向以前的自己开***，会发生什么情况呢他现在已经一命呜呼。那又是谁开的***呢这便是悖论有哪些。在某种程度上这种时间机器会违反整个宇宙所遵循的基本规则。

据此霍金认为任何通过虫洞和其他方式回到过去的时间旅行或许都是不可能的。但这并不意味着所有的时间旅行都不可荇1991年时霍金还猜测，物理定律一定会“禁止”时间旅行现在他对时间旅行似乎深信不疑，对通向未来的时间旅行就更深信不疑

毫无疑问，霍金是我们这个时代最伟大的科学家之一但大师的预言就一定正确吗？好像不一定

在物理学的研究中人们提出过佷多佯谬。提出佯谬的目的是使所研究的问题尖锐化，以便于进一步把理论的基本概念搞清或弄清逻辑论证中有什么错误，或隐含着什么样的假定或者忽略了其它什么重要因素，等等关于狭义相对论就曾提出过两个佯谬，即“双生子佯谬”和“爷孙佯谬”（即超光速运动所导致的时间倒流或因果颠倒问题）“双生子佯谬”在狭义相对论推广到广义相对论后得到解决，“爷孙佯谬”将在本文所讨论嘚狭义相对论的进一步推广中得到解决

设想有两个孪生兄弟甲和乙，甲乘飞船作太空旅行乙留在地面等待甲。甲所乘坐的飞船在极短嘚时间内加速到速度v（速度v接近光速c）然后飞船以速度v作匀速直线飞行，飞船飞行很长一段时间后迅速调头并继续以速度v作匀速直线飛行。回到地面时紧急减速、降落并与一直在地面上的乙会合。甲只在启动、调头、减速降落的三段时间内有加速度其余的绝大部分時间都在作匀速直线飞行，处于狭义相对论适用的惯性系

按照第一章由洛仑兹变换导出的运动的时钟变慢的关系式

其中，△t为惯性系S的┅静止的时钟所走过的时间△t/为相对于S系以速度v运动的惯性系S/的一静止的时钟走过的时间。

因甲启动、调头、减速降落的时间很短如果略去这三段时间，则有

τ为甲乘飞船作太空飞行所度过的时间，T为乙在地球上在甲乘飞船作太空飞行期间所度过的时间即甲作高速太涳旅行，返回时发现乙比甲变老了

如果飞船速度非常接近光速c，相对论效应就会非常明显如若v = 0.9999c ，则T=70.71τ。即如在这一对孪生兄弟20岁时甲塖飞船作太空飞行，甲认为飞行时间只有一年在其返回地面时，甲只有21岁但他却发现乙却成了90多岁的老人了，亦即乙比甲年老了许多

但是，以上情形还可以换另一个角度来考察即对于乘坐太空飞船的甲来说，甲在飞船上静止不动甲看到乙在极短的时间内朝相反的方向加速到速度v，然后乙以速度v作匀速直线飞行乙飞行很长一段时间后，迅速调头并继续以速度v作匀速直线飞行在与甲会合时紧急减速。在甲看来乙只在启动、调头、减速的三段时间内有加速度，其余的绝大部分时间都在作匀速直线飞行、亦处于狭义相对论适用的惯性系因此，在甲看来如果略去乙启动、调头、减速这三段时间（因这三段时间相对很短），在乙离开飞船期间乙所度过的时间τ/与甲所度过的时间T/也应存在以下关系（狭义相对论一般将相对于静止系统作匀速直线运动的系统内静止的钟所走过的时间记为τ，称为该系统的原时）

这样，在甲乙会面时甲比乙变老了。即如乙作匀速直线飞行的速度为v = 0.9999c 在乙飞离甲一年后与甲会面时，乙只有21岁但他却发現甲却成了90多岁的老人了，亦即甲比乙年老了许多

可见，从不同的角度分析其结论是不同的而且是相互矛盾的。究竟是乙比甲年老了許多还是甲比乙年老了许多还是两者都错了，二人应该一样年轻这个命题就叫做“双生子佯谬”。

“双生子佯谬”使人们争论了很长時间爱因斯坦在1918年专门写了一篇文章，以一个访问者和他本人问答的方式说明了“双生子佯谬”的问题所在，“双生子佯谬”问题才告解决

人们在讨论“双生子佯谬”问题时，无论从哪个角度考虑总是为了应用狭义相对论，并认为启动、调头、减速这些过程的时间佷短所以将启动、调头、减速这些过程的时间给忽略了。但“双生子佯谬”问题的关键恰恰是被忽略了的这些过程所引起的。

在按第┅种观点考虑“双生子佯谬”问题时乙留在地面等待甲，甲乘飞船作太空旅行甲所乘坐的飞船在启动、调头、减速降落这些过程的加速、减速，都是相对于乙所在的惯性系而言的所以这些过程没有什么附加的特殊效应，又因这些过程的时间都很短所以可以将其忽略；而按第二种观点考虑“双生子佯谬”问题时，既认为甲及其所乘坐的飞船静止不动乙在飞离甲及甲所乘坐的飞船时，乙在启动、调头、减速这些过程的加速、减速是相对于甲所处的非惯性系而言的。按照广义相对论的等效原理相当于考察乙的运动的参考系中有一个引力场，虽然甲和乙都处在这一引力场中但因他们在引力场中所处的位置不同，因而引力场对他们的影响也就不同在乙启动及减速降落时，甲和乙距离较近他们的引力场势相差不大，引力场对他们时间的流逝的影响也相差不大所以仍可将这部分较短的时间忽略。而茬乙调头时由于甲和乙的距离非常遥远，这时乙的引力场势远高于甲它使乙的时间比甲流逝得要快的多，或者反过来说它使甲的时間比乙流逝得要慢的多。这一影响超过了乙相对于甲匀速运动期间速度v对时间的影响使乙飞行归来与甲会合时，乙仍然要比甲变老了所以乙调头这一过程在考虑“双生子佯谬”问题时是不能忽略的。运用广义相对论进行计算的结果是乙的时间τ/与甲所度过的时间T/也存茬以下关系

即乙飞行归来与甲会合时，甲仍然是21岁而乙是90多岁。

1966年人们在实验中测得μ子绕圆形轨道高速运动时，其平均寿命比在地面上静止的μ子的平均寿命长。1971年人们又观察到了放在卫星上绕地球旋转的原子钟比地面上的原子钟走的慢的现象。这些实验证明了广义楿对论的正确性同时也证明了爱因斯坦关于“双生子佯谬”问题论证的正确性。

人们在研究狭义相对论的坐标变换并考虑运动速度v超過光速c的情形时，又提出了“爷孙佯谬”

由上一节我们知道，两事件的时间间隔与它们的空间位置和考察这两事件的惯性系间的运动状態有关虽然如此，两事件的先后次序仍应是绝对的不能因为它们的空间位置和考察这两事件的惯性系间的运动状态不同而改变，即相對论仍然遵循逻辑关系的因果律亦即要先有因再有果，如去太空旅行须先启程然后再返回；种田须先播种再收获，人是先出生后死亡基于这种考虑，人们对相对论进行了如下探讨

假设惯性系s/相对于惯性系S以速度v作匀速直线运动，S中有两事项P1（x1,t1）和P2（x2,t2）这两事项在s/系的坐标为（x1/,t1/）和（x2/,t2/），例如这两事项是信号由P1传递至P2 则信号的传递速度为

根据洛仑兹变换的时间变换关系 得

考虑这两事件的因果关系茬两惯性系不变，即它们的先后次序不变因而有

因为v < c ,所以满足上式的充分条件是:

即不破坏因果关系的要求是u≤c，亦即所有信号的传播速喥包括相互作用的传递速度、物体的运动速度都不能超过光速c。否则如果u>c，则总存在这样的一些惯性系使t2-t1和t2/-t1/的符号相反，这就意味著将出现时间倒流、因果颠倒的情形有人据此提出如下命题：如果u>c，即存在超光速而出现时间倒流那么设想某人进入超光速世界的时間足够长，他的时间不仅倒流到他出生以前而且倒流到了他父亲出生以前，这时他将他的爷爷杀掉然后又回到我们的低光速世界，这時他和他父亲是否存在如果存在，他父亲又怎么出生人们将这一命题称为“爷孙佯谬”，又称为“祖父悖论有哪些”

有人并不管“爺孙佯谬”或“祖父悖论有哪些”的逻辑困难，尽情地在科幻小说、科幻电影、儿童片中发挥着超光速飞行和时间倒流

三、超光速运动（快子）研究现状

也有一些人凭着直觉、猜想或哲学的思辩对超光速粒子（即快子）作出了种种推测。尤其现在出现了UFO（飞碟）研究热囚们依据有关飞碟的目击报告和其它有关报道、报告，断定存在超光速飞行并且也对超光速粒子作出了种种推测。所有这些推测都缺乏悝论依据没有经过严格的理论推导。因而这些推测、猜想所作出的结论是杂乱的无法作一概括性的介绍。现仅对其中的一些罗列如下本文只在所引原文后附一个评注，权作是与原文作者及读者的一个讨论：

1、阿西莫夫在《你知道么—现代科学中的一百个问题》（科學普及出版社 1984年）中写到的第51个问题：

既然没有任何东西能超过光速，人们所假定的那种运动得比光快的快子又是什么玩艺儿呢

爱因斯坦的狭义相对论有一个要求：我们宇宙中所存在的一切物体，都无法以超过真空中的光速的相对速度运动单是为了迫使物体达到光速，僦得花费无限多的能量而把它推动到超过光速，就需要花费比无限多还要多的能量这简直是无法思议的了。

不过让我们暂时假定有┅个物体正在以超过光速的速度运动。

光的速度是每秒约300000公里，那么要是有某个质量为1公斤、长度为1厘米的物体以每秒约424，000公里的速喥运动会发生什么情况呢？如果我们应用爱因斯坦的方程它就会告诉我们说，这时物体质量将等于（负的负1的平方根）公斤它的长喥将变成（负1的平方根）厘米。

换句话说任何一个运动得比光还快的物体，都会具有必须用数学上所谓“虚数”来表示的质量和长度峩们没有任何办法把用虚数表示的质量和长度具体化，所以大家就很容易认为，这样的东西既然是无法想象的它们就不会存在了。

但昰1967年，美国哥伦比亚大学的杰拉尔德·范伯格却认为很有希望把那样的质量和长度具体化（范伯格并不是最先提出快子的人，这种粒子是比拉纽克和苏达珊最先假定的，但是，范伯格推广了这种概念）。也许，由“虚数”表示的质量和长度只不过是一种描述具有（让我们说昰）负重力的物体的办法—这种物体同我们这个宇宙中的物质并不是靠万有引力互相吸引而是互相排斥。

范伯格把这种比光还要快的、具有虚质量和虚长度的粒子称为“快子”要是我们假定这种快子能够存在，那么它是不是能够按另一种方式来遵循爱因斯坦方程的要求呢？

显然快子是会这样的。我们可以描绘出比光跑得还要快但却遵循相对论要求的快子所构成的整个宇宙。不过为了使快子能够莋到这一点，在涉及能量和速度的时候情况就会同我们通常所习惯的情况相反。

在我们这个“慢宇宙”中不运动的物体的能量等于零，但是当它获得能量时，它就运动得越来越快如果它得到的能量无限大，它就会被加速而达到光的速度在“快宇宙”中，能量等于零的快子以无限大的速度进行运动它所得到的能量越大，它的运动就越慢到能量为无限大时，它的速度就降低到光速

在我们这个慢宇宙中，一个物体在任何条件下都不能运动得比光快而在快宇宙中，一个快子在任何条件下都不能运动得比光慢光速是这两个宇宙之間的界线，它是不能超越的

但是，快子是不是真的存在呢我们可以断言说，有可能存在着一个并不违反爱因斯坦理论的快宇宙不过，有可能存在并不一定就等于存在

探测快宇宙的一种可能的途径，就是要考虑到如果有一个快子超光速通过真空而运动那么，在它飞過时就必定会留下一道有可能探测到的光尾迹当然，大多数快子都飞得非常快—比光还要快几百万倍（正像大多数普通物体都运动得非瑺慢只达到光速的几百万分之一那样）。

一般的快子和它们的闪光在我们能够发现它们之前早就一瞬即逝了。只有那种非常罕有的高能快子才会以慢到接近光速的速度从我们眼前飞过。既使在这种场合下它们飞过一公里也只需要三十万分之一秒左右的时间，所以偠发现它们也是一桩极伤脑筋的任务！

评注：从虚数的长度和质量出发，认识到快子的相互排斥！但他们认为在快子飞过时会留下一道有鈳能探测到的光尾迹不会吧？如果是这样快子岂不早被探测到了？他们还认为快子的速度为无穷大时质量为零

2、美国的马丁·哈威特在《天体物理学概念》（科学出版社 1981年第1版 第213、214页）一书中这样写到：

当爱因斯坦首次发现狭义相对论概念时，他明确指出物体运动速喥不可能大于光速他认为静质量和能量的关系式

已经说明，为了把物体加速到光速就需要无穷大的能量因此如果粒子静质量不是零，粒子就不可能达到光速当然更谈不上超过光速。

近年来许多研究工作者却又提出了这个问题，他们认为连续的加速确实是无法达到光速的但单凭这一点还不能排除超光速物质的存在，这是通过其它手段产生出来的他们把以大于光速c的速度运动的粒子称为快子，并研究了这类实体可能具有的性质

主张应该对超光速粒子存在的可能性进行研究的基本论点是：对于速度大于光速和小于光速的两种情况，洛仑兹变换在形式上是相似的此外变换本身并未排除快子存在的可能性。

当然变换的相似性并不意味着粒子和超光速粒子的表现性质完铨一样如果我们看一下静质量和能量的关系式，我们就发现当粒子运动速度v > c 时分母中的量就是虚数因此如果超光速粒子的质量（此处指静止质量m0）是实数，那么其能量就应当是虚数实际上，人们把超光速粒子的（静止）质量取为虚数其主要的依据就是观测上不能排除这样的选择。也许这是一种消极的途径但如果我们不作这种假设，我们就更难取得进展即更没有办法对实验可能取得的结果作出某些预言。

把质量选为虚数后就能使能量E变为实数同时如式

现在把动量—能量关系式

和质量—能量关系式结合起来，我们得到

当v变大时看来E就会变小，在速度趋于无穷大的极限情况下能量变为零但此时动量仍为有限值，并不断地朝| m0c|这个值逼近

至此，我们不过是在把质量取为虚数这一点上脱离了正统观念

人们已经为探索快子进行了初步的实验，但是至今还没有探测到不过，或许将来有一天会发现它們

看来，超光速粒子不容易与通常的物质发生相互作用这是它的一个缺点。如果不是这样我们现在就可能已经发现它们了。

评注：夲文作者认为人们把快子的静止质量m0取为虚数是消极的看来是出于无奈！不过把快子的静止质量取为虚数后，快子的动质量 m 和能量、动量便都为实数了因而快子便和通常的物质具有相同的行为，所以便可以得出快子是可以探测到的结论据此理论无法理解为什么探测不箌快子，只能空叹息“超光速粒子不容易与通常的物质发生相互作用—这是它的一个缺点”实际上这正是快子的一个优点，当人们真正叻解到快子以后就会发现它为我们提供了一个更丰富、更生动的世界，并让我们理解我们原来所不能理解的神秘现象使人能够更好地發挥自身所具有的潜能。

3、徐克明 甄长荫主编的《一万个世界之谜·物理分册》把“光速是物质运动速度的极限吗？”作为一个谜：

相对论奣确指出任何物体（粒子）的速度总是小于c，最多等于c 这个理论上的结果已被大量实验所证实。然而在某些问题中，也会出现超光速的情况这一看来矛盾的情况，只要我们将速度概念再进一步分析一下就可以将它们统一起来。

这是因为狭义相对论只对物质运动速度，或者说信号传播速度和作用传递的速度给出了极限它并没有限制任何速度都不能超光速，因此并不能排除自然界本来就存在超咣速粒子的可能性。我们把小于光速的粒子叫做“慢子”超光速的粒子叫做“快子”。自然界的粒子分成慢子、光子和快子三类近年來，有人按静止质量的大小把它们分成三个类别：慢子m02 >0 光子m02 =0 ，而快子m02 <0 目前关于超光速的实验观测是非常令人关注的，其主要领域多集Φ在天文现象方面但目前尚无具体结果。那么自然界究竟是否存在超光速粒子呢？这还是个谜

评注：同上文观点相似，是一种颇具玳表性的的观点

4、南京航空航天大学的田道钧在《飞碟动力系统的研究概况与展望》中，对飞碟可能的动力原理进行了列举其中的一個为：

虚质量原理 根据爱因斯坦的狭义相对论知，设物体的静止质量为m0 则其运动质量m与速度ν的关系为

当在亚光速0＜v＜c时，有m0<m<+∞即运動质量m总是大于静止质量m0，并随着v的增大而接近于光速c时引起质量m的无限增大，这表明任何有质量的物体其运动速度v以光速为上限永遠不可能达到光速，更不可能超过光速!现在要想实现星际飞行试问：宇宙间有没有超光速运动的物体其次，怎样使飞碟实现超光速运动为此先看，在实际观察中1973年澳洲科学家通过连续观测和研究，发现的确有超光速运动的粒子存在叫做“快子”，其速度以光速c为下限（这岂不与上述结论矛盾不！因为上述结论是指“有质量”的物体，而在宇宙中确实有些物体在静止状态时没有质量比如构成所有電磁辐射的基本单位的光子，引力的基本单位引力子等）其次，从理论上为了把上述公式推广到超光速v >c的范围（但又不与亚光速v <c时的情況相矛盾）当取v >c时，m为虚数（即把物体的质量由原来的实数范围相应地推广到了复数范围）叫做虚质量，这就是快子快子的特性为，当其速度越慢则其能量越大，如给快子一个推力使其能量加大其速度反而会减小，如所给推力无限增大其速度将趋近于光速而以咣速为下限，反之当其能量越小其速度反而越快，即在快子的运动方向给一个阻力如通过阻滞介质以削弱其能量，其速度反而会增大直到其能量完全消失，其速度将接近于无穷大！据此可见如能设计出一种转换装置，把飞碟及其负载的每一个亚原子粒子全都转变成赽子即可在一瞬间飞出去而不需任何加速，其速度比光速快很多倍并可通过调节其能量来控制速度大小,用不了几天就可飞到另一个遥遠的星系，在那里不需任何减速再通过转换装置把快子转换成亚原子粒子，最后再还原成原来的飞碟及其负载上述情况听起来简直是鈈可思议！但据《新民晚报》1998年1月17日报导，奥地利因斯布鲁克实验物理学院的科技人员通过一个光学仪器控制盘把处于量子状态的光子鈈借助于任何媒体传输到另一个光子，初步完成了“远距离传物”（即把物质转变成光子迅速传送到遥远的目的地然后再重新转变成原來的物质）的实验，值得重视

评注：将v>c直接应用于爱因斯坦的质量速度关系式，得到的质量不仅是虚数而且还是负数，田先生对此未莋任何解释不可取。至于1973年澳洲科学家通过连续观测和研究发现的确有超光速运动的粒子存在，并未得到人们的承认估计是下文所介绍的假超光速现象的一种。

5、一篇较全面介绍有关超光速问题的文章：

人们所感兴趣的超光速一般是指超光速传递能量或者信息。根據狭义相对论这种意义下的超光速旅行和超光速通讯一般是不可能的。目前关于超光速的争论大多数情况是某些东西的速度的确可以超过光速，但是不能用它们传递能量或者信息但现有的理论并未完全排除真正意义上的超光速的可能性。

首先讨论第一种情况：并非真囸意义上的超光速

(1) 切伦科夫效应 媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速在这种情况下会发苼辐射，称为切仑科夫效应这不是真正意义上的 超光速，真正意义上的超光速是指超过真空中的光速

(2) 第三观察者 如果A相对于C以0.6c的速度姠东运动，B相对于C以0.6c的速度向西运动对于C来说，A和B之间的距离以1.2c的速度增大这种“速度”—两个运动物体之间相对于第三观察者的速喥—可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速在这个例子中，在A的坐标系中B的速度是0.88c在B的坐标系中A的速度吔是0.88c。

(3) 影子和光斑 在灯下晃动你的手你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比如果你朝月球晃动手电筒，你很容易就能让 落在月球上的光斑的移动速度超过光速遗憾的是，不能以这种方式超光速地传递信息

(4) 刚体 敲一根棍子的一头，振动会不会立刻传到另一头这岂不是提供了一种超光速通讯方式？很遗憾理想的刚体是不存在的，振动在棍子中的传播昰以声速进行的而声速归根结底是电磁作用的结果，因此不可能超过光速(一个有趣的问题是，竖直地拎着一根棍子的上端突然松手，是棍子的上端先开始下落还是棍子的下端先开始下落***是上端。)

(5) 相速度 光在媒质中的相速度在某些频段可以超过真空中的光速相速度是指连续的 (假定信号已传播了足够长的时间，达到了稳定状态)的正弦波在媒质中传播一段距离后的相位滞后所对应的“传播速度”佷显然，单纯的正弦波是无法传递信息的要传递信息，需要把变化较慢的波包调制在正弦波上这种波包的传播速度叫做群速度，群速喥是小于光速的(译者注：索末菲和布里渊关于脉冲在媒 质中的传播的研究证明了有起始时间的信号[在某时刻之前为零的信号]在媒质中的傳播速度不可能超过光速。)

(6) 超光速星系 朝我们运动的星系的视速度有可能超过光速这是一种假象，因为没有修正从星系到我们的时间的減少()。

(7) 相对论火箭 地球上的人看到火箭以0.8c的速度远离火箭上的时钟相对于地球上的人变慢，是地球时钟的0.6倍如果用火箭移动的距离除以火箭上的时间，将得到一 个“速度”是4/3 c因此，火箭上的人是以“相当于”超光速的速度运动对于火箭上的人来说，时间没有变慢但是星系之间的距离缩小到原来的0.6倍，因此他们也感到是以相当于4/3 c的速度运动这里问题在于这种用一个坐标系的距离除以另一个坐标系中的时间所得到的数不是真正的速度。

(8) 万有引力传播的速度 有人认为万有引力的传播速度超过光速实际上万有引力以光速传播。

(9) EPR悖论囿哪些 1935年Einstein,Podolski和Rosen发表了一个理想实验试图表明量子力学的不完全性他们认为在测量两个分离的处于entangled state的粒子时有明显的超距作用。Ebhard证明了不可能利用这种效应传递任何信息因此超光速通信不存在。但是关于EPR悖论有哪些仍有争议

(10) 虚粒子 在量子场论中力是通过虚粒子来传递的。甴于海森伯不确定性这些虚粒子可以以超光速传播但是虚粒子只是数学符号，超光速旅行或通信仍不存在

(11) 量子隧道 量子隧道是粒子逃絀高于其自身能量的势垒的效应，在经典物理中这种情况不可能发生计算一下粒子穿过隧道的时间，会发现粒子的速度超过光速一群粅理学家做了利用量子隧道效应进行超光速通信的实验：他们声称以4.7c的速度穿过11.4 cm 宽的势垒传输了莫扎特的第40交响曲。当然这引起了很大嘚争议。大多数物理学家认为由于海森伯不确定性，不可能利用这种量子效应超光速地传递信息如果这种效应是真的，就有可能在一個高速运动的坐标系中利用类似装置把信息传递到过去

Terence Tao认为上述实验不具备说服力。信号以光速通过11.4cm的距离用不了0.4纳秒但是通过简单嘚外插就可以预测长达1000纳秒的声信号。因此需要在更远距离上或者对高频随机信号作超光速通信的实验

(12) 卡西米(Casimir)效应 当两块不带电荷的导體板距离非常接近时，它们之间会有非常微弱但仍可测量的力这就是卡西米效应。卡西米效应是由真空能(vacuum energy)引起的 Scharnhorst的计算表明，在两块金属板之间横向运动的光子的速度必须略大于光速但进一步的理论研究表明不可能利用这种效应进行超光速通信。

(13) 宇宙膨胀 哈勃定理说：距离为D的星系以HD的速度分离H是与星系无关的常数，称为哈勃常数距离足够远的星系可能以超过光速的速度彼此分离，但这是相对于苐三观察者的分离速度

(14) 月亮以超光速的速度绕着我旋转！ 当月亮在地平线上的时候，假定我们以每秒半周的速度转圈儿因为月亮离 我們385，000公里月亮相对于我们的旋转速度是每秒121万公里，大约是光速的四倍多！这听起来相当荒谬因为实际上是我们自己在旋转，却说是朤亮绕着我们转但是根据广义相对论，包括旋转坐标系在内的任何坐标系都是可用的这难道不是月亮以超光速在运动吗？

问题在于茬广义相对论中，不同地点的速度是不可以直接比较的月亮的速度只能与其局部惯性系中的其它物体相比较。实际上速度的概念在广義相对论中没多大用处，定义什么是“超光速”在广义相对论中很困难在广义相对论中，甚至“光速不变”都需要解释爱因斯坦自己茬《相对论：狭义与广义理论》 第76页说“光速不变”并不是始终正确的。当时间和距离没有绝对的定义的时候 如何确定速度并不是那么清楚的。

尽管如此现代物理学认为广义相对论中光速仍然是不变的。当距离和时间单位通过光速联系起来的时候光速不变作为一条不訁自明的公理而得到定义。 在前面所说的例子中月亮的速度仍然小于光速，因为在任何时刻它都位于从它当前位置发出的未来光锥之內。

(15) 明确超光速的定义 四维时空中的一个点表示的是一个“事件”即三个空间坐标加上一个时间坐标。任何两个“事件”之间可以定义時空距离它是两个事件之间的空间距离的平方减去其时间间隔与光速的乘积的平方再开根号。狭义相对论证明了这种时空距离与坐标系無关因此是有物理意义的。

时空距离可分三类：类时距离：空间间隔小于时间间隔与光速的乘积；类光距离：空间间隔等于时间间隔与咣速的乘积；?/ca>