光速不可超越？那假如超越光速会怎样呢？

在许多科幻小说和电影中都能看到时光旅行的事件，飞船可以马上加速自由的穿梭在宇宙中，我们知道在现实生活中这样的事很难实现，但让我们打开脑洞用科学进行一次太空旅行！

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？

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。

低光速

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。

等光速

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。

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。

超光速

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。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？这是因为飞船跑得比光快，在飞船返回时产生的所有影像中，接近地球的会先传到的地球上，远离地球的会后传到地球上，所以你会看到飞船先出现在停机坪，然后起身离开，倒着飞往X行星。

总之，飞船一旦抵达停机坪，飞船的影像就会从1个变为3个，但需要注意的是，飞船的真身只有那艘停在停机坪上的飞船，其余的就只是影像，或者可以说是飞船的“魅影”而已。

在发射之后的12.24年，你才会看见那艘从发射台起飞的飞船抵达了X行星，另外你也会看见从停机坪倒着飞向行星X的飞船也抵达了X行星，并于前面的影像合二为一。也就是说，这两个影像同时抵达了地球。那么，之后会发生什么？

因为之后再也没有什么影像传到地球上，所以这两个影像在合二为一之后就消失了，只留下停机坪上那个飞船的影像（如果飞船回来之后就始终停在停机坪上）。

两种图像融合到一起并消失，有点类似与粒子与反粒子遇到一起并发生湮灭。

高超光速

当飞船以19.95c旅行时，会出现返程所需的时间是去程所需的时间的相反数，也就是说，飞船总共旅行的时间将变为0。

这样，飞船从发射台上起飞的同时，停机坪上就会凭空诞生出两艘实实在在的飞船，一艘停留，另一艘飞船也以19.95c的速度离开地球。

最终，两艘飞船同时抵达X行星并发生湮灭事件，时间为0.5038年，它们离地球的距离为10.05光年。

地球上的你看到湮灭事件时，时间已是10.55年。

穿越时空

如果飞船的速度大于19.95c呢？飞船总共旅行地球的时间将变为负数。这样，在飞船还没有发射之前，停机坪上就会凭空诞生出两艘实实在在的飞船，一艘停留，另一艘飞船倒着飞往X行星。

过了一段时间，飞船才从发射台上起飞。之后，空中的两艘飞船会同时抵达X行星并发生湮灭。例如，如果速度是30c的话，那么去程所需的时间为0.3344年，返程所需的时间为-0.6711年，这样，总共旅行的时间为-0.3367年，也就是说飞船发射前的0.3367年，飞船就已经回来了。

从发射台升空的飞船与从停机坪来开的飞船会在0.3344年在X行星相遇并发生湮灭，它们与地球的距离为10.03光年。地球上的你会在10.36年看到湮灭事件。

从停留在停机坪上的飞船走出来的宇航员，可以回顾着自己这趟旅程，之后宇航员还可以去看自己飞船的发射过程。

那么这时，类似于祖父悖论的时间悖论就会可能会上演：提前回来的宇航员说，X行星有着外星怪物，差点要了自己的命，所以宇航员阻止了之后飞船的发射。

那么如果阻止成功了，那么怎么会有经历过旅行的宇航员回来去阻止发射呢？

鉴于时间悖论的存在，我们可以说飞船的速度不能大于19.95c。或者，我们可以假设存在某种物理学机制，使得宇航员不管做什么都无法干扰飞船的发射。或者，也可以假设，飞船一旦开始逆着时间进行旅行，飞船以及宇航员就会进入平行的世界。也可以说，提前回来的宇航员来自于另一个平行世界，即使阻止成功了，也不会发生悖论。阻止成功之后，这个世界将会有两个一模一样的宇航员，他们之间唯一的区别将是一个经历过这次旅行，另一个没有经历过。

如果飞船的速度变为无限大呢？很显然，飞船会立刻抵达X行星，不过从X行星返回到地球的时间不是0，而是-1.000年。也就是说在发射前一年，飞船就回来了。另外，如果X行星离地球更远，或者X行星远离地球的速度越大，那么飞船回来的时间就会越早。

但是不要想着计划建造飞船准备来看看事情究竟怎样。涅米罗夫的研究结果不可能在现实中发生。

“我不相信你可以建造一个可比光更快的飞船。”涅米罗夫说道。

但是他的这项研究对我们仍有很大的启发性，知道我们是可以穿越时间去未来和过去，只不过超越（甚至达到）光速仍是困扰着我们的大问题！