最科学的超光速体验 _光速

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。
写于1923年的一首关于狭义相对论的打油诗，就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。

文章插图
【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。