超光速真的能改变时间吗



狭义相对论告诉我们，你运动得越快，时间流逝得越慢，而当运动的速度等于光速时，时间就停止流逝了。那么超过光速呢？许多人就认为，此时时间就开始倒流。也就是说超光速旅行意味着回到过去。在许多科幻作品中常会出现这种情节。而写于1923年的一首关于狭义相对论的打油诗，则形象地体现了这种观点:“有位叫布莱特的年轻姑娘，她行走的速度远胜于光，她以相对论的方式，从某一天出发，却已于前晚归来。”

但狭义相对论也告诉我们，要把一个比光运动慢的物体加速到光速，你需要无限多的能量，更别提要超光速了。而回到过去常常会破坏因果关系，例如所谓的祖父悖论：如果你回到过去，并杀死你的处在幼年的祖父，那么你怎么会在之后出生并长大后回到过去杀死你的祖父呢？所以说，超光速旅行是一件不可能的事情。



不过，让我们暂时假设一下，如果可以进行超光速旅行，那么究竟会发生什么呢？时间真的会发生倒流吗？

最近，美国密歇根理工大学的物理学家罗伯特·涅米罗夫，利用一个非常简单的模型对此进行了研究，对于相对论这么复杂的问题来说，即使简单的模型也含有如下一系列设定：

设定1：离地球10光年远的地方有一颗X行星，正在以相对于地球为0.1c（c为光速）的速度远离地球。

设定2：有一艘宇宙飞船从地球上的发射台上起飞，以恒定的速度驶向X行星；抵达X行星后立刻再次起飞，以相同的恒定速度返回地球，并停在离发射台不远的停机坪上。相同的速度，指的是飞船去程时相对于地球的速度，与返程时相对于行星X的速度大小相同。这意味着，飞船返程时相对于地球的速度大小需要使用狭义相对论来计算。

设定3：为了计算的方便，飞船发射时的时刻设为0。

设定4：讨论中所说的时间和距离都是相对于在地球上的观察者而言的。

涅米罗夫对飞船在近光速、等光速、超光速等不同速度下的情形进行了计算。他的研究结果呈现出的是一个超乎想象的世界。

0.1～1c：没什么奇怪之处

不管怎样，飞船的速度必须大于0.1c，否则追不上X行星。我们先来考虑飞船的速度为0.5c的话，看会出现什么情况。

如果地球和X行星的距离一直不变，飞船只需要20年就能抵达目的地。但由于X行星正在1/10光速的速度远离地球，飞船需要25年才能追上它。抵达时，飞船与地球的距离将变为12.5光年。鉴于光的传播需要时间，地球上的你需要再过12.5年才能看到飞船抵达X行星。也就是说，飞船离开地球37.5年后，你才能在天文望远镜里看到飞船降落在X行星的情况。

之后飞船立即返回，其速度相对于X行星仍是0.5c，但根据狭义相对论，相对于地球来说速度不是变为0.4c(0.5c减去0.1c)，而是会变为0.4211c，这样返程时间将变为29.69年，而飞船总共旅行的时间为54.69年。

但不管怎样，地球上的你会看到，飞船就是直接离开了，抵达X行星，然后返回地球，不会看到有什么奇怪之处。

1c: 事情开始变得有点怪异

如果飞船的速度是光速呢？很显然，根据狭义相对论，飞船在往返中相对于地球的速度都将是光速。经过计算，飞船抵达X行星需要11.11年，抵达时与地球的距离当然变为11.11光年。鉴于光的传播需要时间，地球上的你需要再过11.11年，即总共22.22年，才能看到飞船抵达X行星。而飞船从X行星返回地球需要11.11年。飞船总共旅行的时间为22.22年。

而这时候，事情开始变得有点怪异。过了22.22年，你才会看到飞船抵达X行星，但同时也会看到飞船返回了地球并降落在停机坪上。这是因为飞船抵达X行星的光信号，会与飞船一起以同样的速度（即光速）抵达地球。

1～10c：“魅影”飞船的出现

如果飞船进行超光速旅行会是什么情况呢？计算显示，飞船进行超光速旅行时，会导致返程所需的时间小于去程所需的时间。

如果飞船的速度是5c的话，那么飞船会在发射后的2.041年抵达离地球有10.20光年远的X行星。由于相对论效应，飞船返回地球的速度，相对于地球来说将变为9.8c，所以回来的时间变短，只需再过1.041年就回到地球了。所以，飞船总共旅行的时间为3.082年。

但对于地球上的你来说，事情变得十分诡异。首先，你会看见飞船很正常地离开了地球。过了3.082年，你还会在天空中看到这艘飞船正飞往X行星，但同时你会看见停机坪上突然凭空产生两艘同样的飞船，其中一艘停留在停机坪上，另一艘会立刻离开地球并倒着飞往X行星。

之所以会出现这种古怪的现象，是因为飞船跑得比光快。飞船返回地球之后，你不仅会看到停在停机坪上的飞船，而且还能看见飞船离开时产生的影像（也就是你之前也能在天空中看到的飞船），还有就是能看见飞船返回时产生的影像（一艘从停机坪上飞往X行星的飞船）。

其中，飞船返回时产生的影像，看起来如同倒着播放的录像一样，或者可以说这艘飞船似乎在逆着时间行驶。为什么这么怪异？

我的理解超光速也不能改变时间。光速也是有时间概念的，比如太阳光从太阳到达地球需要8分20秒，这就可以看出，就算你到达光速也不能让时间停止流逝，由此看来就算你超光速也不能让时间倒流，由此看来能改变时间的与速度无关。当然也不能绝对的说无法改变时间，因为人的记忆和预感是完全改变了时间，但是无论是记忆还是预感都无法改变事实。这里要重点分明一下预测和预感。预测和预感扯不上任何关系。