最科學的超光速體驗 _光速

狹義相對論告訴我們，你運動得越快，時間流逝得越慢，而當運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這種情節。
寫于1923年的一首關于狹義相對論的打油詩，就形象地體現了這種觀點：“有位叫布萊特的年輕姑娘，她行走的速度遠勝于光，她以相對論的方式，從某一天出發，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，讓我們暫時假設一下，如果可以進行超光速旅行，那么究竟會發生什么呢？時間真的會發生倒流嗎？
最近，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。對于相對論這么復雜的問題來說，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，正在以相對于地球為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臺上起飛，以恒定的速度駛向X行星；抵達X行星后立刻再次起飛，以相同的恒定速度返回地球，并停在離發射臺不遠的停機坪上。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于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象的世界。

文章插圖
【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年就能抵達目的地，但由于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，但根據狹義相對論，相對于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：事情開始變得有點怪異】
如果飛船的速度是光速呢？很顯然，根據狹義相對論，飛船在往返中相對于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X行星，而飛船從X行星返回地球需要11.11年。