光速不可超越？那假如超越光速會怎樣呢？

在許多科幻小說和電影中都能看到時光旅行的事件，飛船可以馬上加速自由的穿梭在宇宙中，我們知道在現實生活中這樣的事很難實現，但讓我們打開腦洞用科學進行一次太空旅行！

狹義相對論也告訴我們，要把一個比光運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係，例如所謂的祖父悖論：如果你回到過去，並殺死你的處在幼年的祖父，那麼你怎麼會在之後出生並長大後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，讓我們暫時假設一下，如果可以進行超光速旅行，那麼究竟會發生什麼呢？時間真的會發生倒流嗎？

美國密歇根理工大學的物理學家羅伯特·涅米羅夫，利用一個非常簡單的模型對此進行了研究。對於相對論這麼複雜的問題來說，即使簡單的模型也含有如下一系列設定：

設定1：離地球10光年遠的地方有一顆X行星，正在以相對於地球為0.1c（c為光速）的速度遠離地球。

設定2：有一艘宇宙飛船從地球上的發射台上起飛，以恆定的速度駛向X行星；抵達X行星後立刻再次起飛，以相同的恆定速度返回地球，並停在離發射台不遠的停機坪上。相同的速度，指的是飛船去程時相對於地球的速度，與返程時相對於行星X的速度大小相同。這意味著，飛船返程時相對於地球的速度大小需要使用狹義相對論來計算。

設定3：為了計算的方便，飛船發射時的時刻設為0。

設定4：討論中所說的時間和距離都是相對於在地球上的觀察者而言的。

涅米羅夫對飛船在近光速、等光速、超光速等不同速度下的情形進行了計算。他的研究結果呈現出的是一個超乎想像的世界。

低光速

不管怎樣，飛船的速度必須大於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，看會出現什麼情況。

如果地球和X行星的距離一直不變，飛船隻需要20年就能抵達目的地，但由於X行星正在1/10光速的速度遠離地球，飛船需要25年才能追上它。抵達時，飛船與地球的距離將變為12.5光年。

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

之後飛船立即返回，其速度相對於X行星仍是0.5c，但根據狹義相對論，相對於地球來說速度不是變為0.4c(0.5c減去0.1c)，而是會變為0.4211c，這樣返程時間將變為29.69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X行星，然後返回地球，不會看到有什麼奇怪之處。

等光速

如果飛船的速度是光速呢？很顯然，根據狹義相對論，飛船在往返中相對於地球的速度都將是光速。

經過計算，飛船抵達X行星需要11.11年，抵達時與地球的距離當然變為11.11光年。鑒於光的傳播需要時間，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，事情開始變得有點怪異。過了22.22年，你才會看到飛船抵達X行星，但同時也會看到飛船返回了地球並降落在停機坪上。

這是因為飛船抵達X行星的光信號，會與飛船一起以同樣的速度（即光速）抵達地球。

超光速

如果飛船進行超光速旅行會是什麼情況呢？計算顯示，飛船進行超光速旅行時，會導致返程所需的時間小於去程所需的時間。

如果飛船的速度是5c的話，那麼飛船會在發射後的2.041年抵達離地球有10.20光年遠的X行星。由於相對論效應，飛船返回地球的速度，相對於地球來說將變為9.8c，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。

但對於地球上的你來說，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坪上突然憑空產生兩艘同樣的飛船，其中一艘停留在停機坪上，另一艘會立刻離開地球並倒著飛往X行星。

之所以會出現這種古怪的現象，是因為飛船跑得比光快。飛船返回地球之後，你不僅會看到停在停機坪上的飛船，而且還能看見飛船離開時產生的影像（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生的影像（一艘從停機坪上飛往X行星的飛船）。

其中，飛船返回時產生的影像，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。

為什麼這麼怪異？這是因為飛船跑得比光快，在飛船返回時產生的所有影像中，接近地球的會先傳到的地球上，遠離地球的會後傳到地球上，所以你會看到飛船先出現在停機坪，然後起身離開，倒著飛往X行星。

總之，飛船一旦抵達停機坪，飛船的影像就會從1個變為3個，但需要注意的是，飛船的真身只有那艘停在停機坪上的飛船，其餘的就只是影像，或者可以說是飛船的「魅影」而已。

在發射之後的12.24年，你才會看見那艘從發射台起飛的飛船抵達了X行星，另外你也會看見從停機坪倒著飛向行星X的飛船也抵達了X行星，並於前面的影像合二為一。也就是說，這兩個影像同時抵達了地球。那麼，之後會發生什麼？

因為之後再也沒有什麼影像傳到地球上，所以這兩個影像在合二為一之後就消失了，只留下停機坪上那個飛船的影像（如果飛船回來之後就始終停在停機坪上）。

兩種圖像融合到一起並消失，有點類似與粒子與反粒子遇到一起並發生湮滅。

高超光速

當飛船以19.95c旅行時，會出現返程所需的時間是去程所需的時間的相反數，也就是說，飛船總共旅行的時間將變為0。

這樣，飛船從發射台上起飛的同時，停機坪上就會憑空誕生出兩艘實實在在的飛船，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X行星並發生湮滅事件，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。

穿越時空

如果飛船的速度大於19.95c呢？飛船總共旅行地球的時間將變為負數。這樣，在飛船還沒有發射之前，停機坪上就會憑空誕生出兩艘實實在在的飛船，一艘停留，另一艘飛船倒著飛往X行星。

過了一段時間，飛船才從發射台上起飛。之後，空中的兩艘飛船會同時抵達X行星並發生湮滅。例如，如果速度是30c的話，那麼去程所需的時間為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，也就是說飛船發射前的0.3367年，飛船就已經回來了。

從發射台升空的飛船與從停機坪來開的飛船會在0.3344年在X行星相遇並發生湮滅，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。

從停留在停機坪上的飛船走出來的宇航員，可以回顧著自己這趟旅程，之後宇航員還可以去看自己飛船的發射過程。

那麼這時，類似於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，差點要了自己的命，所以宇航員阻止了之後飛船的發射。

那麼如果阻止成功了，那麼怎麼會有經歷過旅行的宇航員回來去阻止發射呢？

鑒於時間悖論的存在，我們可以說飛船的速度不能大於19.95c。或者，我們可以假設存在某種物理學機制，使得宇航員不管做什麼都無法干擾飛船的發射。或者，也可以假設，飛船一旦開始逆著時間進行旅行，飛船以及宇航員就會進入平行的世界。也可以說，提前回來的宇航員來自於另一個平行世界，即使阻止成功了，也不會發生悖論。阻止成功之後，這個世界將會有兩個一模一樣的宇航員，他們之間唯一的區別將是一個經歷過這次旅行，另一個沒有經歷過。

如果飛船的速度變為無限大呢？很顯然，飛船會立刻抵達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。也就是說在發射前一年，飛船就回來了。另外，如果X行星離地球更遠，或者X行星遠離地球的速度越大，那麼飛船回來的時間就會越早。

但是不要想著計劃建造飛船準備來看看事情究竟怎樣。涅米羅夫的研究結果不可能在現實中發生。

「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。

但是他的這項研究對我們仍有很大的啟發性，知道我們是可以穿越時間去未來和過去，只不過超越（甚至達到）光速仍是困擾著我們的大問題！

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