深度長文：超越光速就能回到過去嗎？（建議收藏）

說到光速和“超光速”的話題，一定離不開愛因斯坦的相對論。

狹義相對論表明，速度越快時間就越慢，當速度無限接近光速時，時間就趨于停止。那么，如果一個物體的速度超過了光速，是否意味著時間會倒流，我們就能回到過去呢？

坦白來講，對于光速和超光速的問題，已經不能用狹義相對論去詮釋了，因為狹義相對論只適用于比光速低的世界。如果非要強行用狹義相對論詮釋的話，我們會發現相對論很多公式會出現虛數，也就是失去了現實意義。

但是，要想更深入更具體地了解超光速的問題，我們又必須以狹義相對論為基礎。下面我們就從速度和光速這兩個概念進行深入分析。

首先，速度等于距離除以時間，而距離也就是空間的度量，因為速度的計算公式也就是：速度就等于空間與時間的比值，速度與空間和時間息息相關。

同時，日常生活經驗告訴我們，速度是相對的，沒有絕對的速度。也就是說，任何速度都是建立在某個參照系基礎上的速度，也就是相對參照系的速度，沒有參照系的速度是沒有意義的。

這一點很好理解。就比如說高速公路限速每小時120公里，這里的“時速120公里”就是默認地面為參照系，默認的都沒有必要刻意強調了。而時速120公里就是相對速度，如果換做其他參照系，這個速度就會發生變化。比如說你駕駛汽車在高速公路上行駛，時速已經達到160公里，嚴重超速了，你朋友坐在你旁邊。

警察找到你之后，你狡辯說“我沒有超速啊，我行駛的速度為零，不信你問我朋友，在他眼里我的速度就是零”。確實，以你朋友為參照系，汽車的速度確實為零，但你認為這樣就能忽悠警察了嗎？

我想說的是，正因為速度是相對的，所以參照系的不同，會帶來完全不同的速度。

但是，后來物理學家們發現，光速是個例外，光速總會保持不變，不管選擇什么參照系，光速都恒定不變。也就是說，光速并不是相對的，而是絕對的。言外之意，光速與其他任何速度疊加之后仍舊保持光速不變。

光速的這種絕對性太違反我們的日常生活認知了，舉個例子就明白了。

你駕駛一輛小汽車在大街上行駛，速度為V，我靜止在地面上。對于我來講，汽車車燈發出的光的速度是多少呢？

按照我們平時用的速度疊加公式，這個速度應該等于汽車的速度加上光把本身的速度也就是光速，因為看起來汽車會給光線一個初速度，然后光本身在這個初速度基礎上以光速飛行，最終的速度就是V+C。

但事實并非如此，我看到的車燈發出的光線速度仍舊是光速C，而且不管你駕駛的小汽車速度有多快，哪怕無限接近光速，我看到的速度仍舊保持光速不變。

光速就是這么奇特，這么“霸道”，它不會因為任何物體的相對運動而發生改變，也就是說光速是絕對的，對于任何人任何物體來講都是一樣的。

而問題就在這里。

剛才說了，速度是某個物體在空間中單位時間內的位移，既然光速保持絕對不變，就意味著該物體在運動時，它空間和時間就不可能保持絕對不變，必須時刻進行調整，只有這樣才能保證光速的絕對不變性。

而愛因斯坦本人其實也是這么想的，當然過程肯定不是如此簡單，首先是麥克斯韋方程組方程組推導出來的光速計算公式給了他靈感，公式表明光速就是一個不變的常數，在這種靈感的基礎上，愛因斯提才提出了“光速不變原理”。

那么，為什么我們日常生活中感受不到空間和時間的變化呢？原因很簡單：我們平時經歷的速度在光速面前顯得太慢了，完全可以忽略不計，所以我們很難發現“光速不變”對時間和空間帶來的影響。

而如果你能以非常接近光速的速度飛行，光速不變帶來的影響將會十分明顯。如果我還是靜止在地面上，而你以非常接近光速的速度駕駛一輛小汽車，我會看到汽車的長度在其運動方向上變短了，而你的時間也變慢了，這就是所謂的“尺縮效應”和“時間膨脹效應”。

但是對于駕駛汽車的你來講，你不會感覺到你的時間有任何異常，如果你汽車里有鐘表，鐘表的滴答速度與汽車靜止時的滴答速度是一樣的。不過一旦你朝車外看，就會看到異常景象，不僅汽車外的時間變快了，路邊的高樓大廈等景物會不斷朝汽車運動的反方向扭曲，而天空則會朝視線的盡頭收縮。

所以說，因為光速的絕對不變，就要求時間和空間就要相對改變，隨著物體不同的運動速度而做出相應調整，調整的目的就是保證光速不變。

而如果沒有空間和時間的不斷調整，我們在不同運動狀態下看到的光速就是不同的。

這也是為什么愛因斯坦會說：時間和空間從來不是獨立的事物，而是一體的，兩者一起組成了不可分割的四維時空。而四維時空也是狹義相對論的根基。

光速的這種特殊性會帶給我們很多“反常”的感受。比如說，你永遠無法追趕上一束光，不僅如此，當你試圖追趕一束光的時候，不管你的速度有多快，哪怕無限接近光速，在你眼里那束光仍舊會以光速離你而去，你的速度與那束光的速度差一直會保持光速。

也就是說，光速不可能因任何物體運動的快慢而發生改變，結果改變的只有運動物體的時間和空間。

對于光速不變，還有人會有這樣的質疑：既然在任何運動狀態下，光速都保持不變，那么假設你跑向一束光，光照射到你身上所需的時間，為什么會比你靜止不動時所需時間更短呢？

畢竟無論你是運動還是靜止，那束光飛向你的速度都保持不變。事實也確實如此，但是由于那束光照射到你身上需要一段時間（盡管時間可能會很短），在這段時間里，你的位置發生了變化。當你朝著那束光運動時，在那束光照射到你身上這段時間里，你肯定運動了一段距離，而這段距離讓你和那束光更近了，也就是說，那束光飛行的距離更短了。

所以，當你朝著那束光運動，光照射到你身上花費的時間會比你靜止時更短，而在這個過程中光速并沒有發生改變。

那么速度和空間到底做出怎樣的改變，才能迎合光速那霸道的“絕對不變性”呢？其實剛才已經提到了，速度越快，時間就越慢，空間就越短。時間和空間正是通過變慢和縮短的方式來一起協作，保證光速的絕對不變，而且時間變慢和空間縮短一定是同時發生的，因為時間和空間是不可分割的整體，也可以通俗理解為“時間和空間是一個東西”。

現在我們都知道了速度越快時間就會越慢，那么如果速度達到光速，是否意味著時間就停止了呢？

確實是這樣，或者說“通俗理解是這樣的”。光速飛行，時間停止。更嚴謹來講是，光速飛行，就沒有任何時間概念了。

如果一束光有意識，那么對于光來講，從一個地方飛行到另一個地方，完全不會消耗任何時間，因為光是沒有時間概念的，光是獨立于參照系之外的，不但沒有時間概念，也沒有空間概念。

或許有人對于“光速運動，時間停止”會有這樣的疑問：既然光速飛行的物體時間是停滯的，那么為什么我們看到的光的傳播還需要時間呢？

這就涉及光速不變原理了，在任何參照系下，光速都保持不變，這就意味著，無論我們在任何情況下看到的光，都會以恒定的光速傳播，這也是為什么我們經常會說“太陽光到達地球需要大約8分20秒”。

但是對于光本身來講，它是沒有任何時間概念了，也可以這么通俗理解：光的一瞬間，外部世界就過去了無限久的時間！

所以，光是不能作為參照系的，它是一個無效的參照系。而以光速飛行的任何物體，都無法進行有效觀察。因此，嚴格來講，所有“以光本身的角度來講”的說法，其實都是沒有意義的，起碼是不嚴謹的，平時我們那么說只是為了更通俗地理解問題。

那么，既然“光速飛行，時間停止”，是否意味著“超光速飛行，時間就會倒流了呢？”

超光速的問題已經不是愛因斯坦相對論能解決的了，相對論只能解釋低于光速的運動，一旦速度超過了光速，相對論公式就會出現虛數，引發沒有意義的結果。這也間接表明了一點：相對論是拒絕超光速發生的。

為什么在相對論體系下，不允許超光速呢？

我們可以找到很多理由，這里就說一個相對直觀簡單的理由：質增效應：。當一個物體的速度無限接近光速時，質量就會趨于無窮大，這時候物體想要繼續加速，就需要無窮大的能量才可以做到，整個宇宙的能量都滿足不了，顯然這是不可能的。

所以，最終的結果就是“超光速飛行時間倒流”是不可能發生的，因為“超光速”這個前提本身就不可能出現，結論當然是錯的了。

還有人會有類似這樣的疑問，舉個例子，假設你和我同時以0.6倍光速逆向奔跑，在我們兩人眼里，看到彼此的速度是不是1.2倍光速呢？如果是的話，不就超光速了嗎？

答案是否定的，我們之間的相對速度并沒有超光速。這里就涉及“伽利略變換”和“洛倫茲變換”之間的區別了。

簡單來講，平時我們所用的速度疊加計算就是“伽利略變換”，用公式表達就是V=V1+V2，只適用于低速世界，是以絕對時空觀為背景的。

但由于我們所在的時空是相對的，如果速度達到了亞光速，伽利略變換就不再適用了，必須用更精確的洛倫茲變換才行。說白了，伽利略變換是洛倫茲變換在低速世界的近似值，當物體的速度遠低于光速時，洛倫茲變換就會簡化為伽利略變換。

從洛倫茲變換公式中能夠看出，不管兩個物體的運動速度有多快，兩者之間的相對速度都不可能超過光速。

我們也可以換一個角度來理解“為何物體的速度無法達到或者超過光速”，因為一般的物體都有質量，準確來講是“擁有靜質量”，所以物體的速度不可能達到光速。而光子是沒有質量的，所以光子以光速飛行，而且必須以光速飛行。從慣性的角度理解，因為光子沒有質量，也就沒有了加速的難度，可以通俗理解為“瞬間就可以達到光速，沒有任何加速過程”。

說到“光子沒有質量”，還會引發類似這樣的質疑：既然光子沒有質量，為什么還會被大質量天體，比如說黑洞吸引？

這就牽扯到廣義相對論對引力本質的詮釋了。牛頓認為萬物之間都存在引力，引力的大小與物體質量息息相關。不過在廣義相對論體系下，引力“不復存在”，引力的本質其實是“時空彎曲”，是一種幾何效應。

通俗理解就是，光子被黑洞吸引， 其實是光子掉進被黑洞彎曲的時空里罷了，所謂的“吸引”只是沿著彎曲的時空運動產生的表象罷了。

總結

超光速，并不能讓我們回到過去，起碼在我們所在的四維時空里是不現實的，因為四維時空里本來就是限制“超光速”出現的。但如果我們想回到過去，也不一定非得盯著“超光速”，可以換一種思維方式，利用其他方式“回到過去”。

比如說，傳說中的“蟲洞”。

根據愛因斯坦廣義相對論的預言，宇宙中存著這樣一種時空結構，可以連接兩個不同的時空點，這種結構就是蟲洞，蟲洞可以讓我們在短時間內在兩個不同的時空之間來回穿梭，這是否意味著，未來的人類可以通過“蟲洞”在時空中來回穿梭，甚至回到過去呢？

雖然“制造蟲洞”難度巨大，但起碼理論上是可行的，也就是說，大自然似乎并不反對我們回到過去。但既然如此，為什么至今我們都沒有看到“未來人”穿越到我們如今的世界呢？

這又是另外一個問題了，這里就不再詳述了，就給大家思考。

完！