超光速就一定能回到过去？答案远非那么简单！|宇宙|广义相对论|爱因斯坦|狭义相对论|超光速

爱因斯坦的相对论是现代物理学的基石之一，其名声如雷贯耳，可谓是家喻户晓。然而，这背后的名声不单是理论本身的优越性，更得益于媒体的广泛报道。然而，真要领会相对论的真谛，绝非三言两语所能概括，因此社会上出现了诸多对相对论的误解和谣言。其中，最为常见的可能是——“相对论认为，只要超越光速就能回溯时光”。

关于这一谣言，我自己就有亲身经历，因为在初中时，我深信不疑，总以为只要超越光速就能回到过去。至于我是从何处得知的，记忆已模糊，但当时对于爱因斯坦的敬仰之情，犹如滔滔江水连绵不绝（这得益于我读过的书籍和电视上的科普节目）。

实际上，这一谣言的源头确实出自爱因斯坦的相对论。在相对论问世之前，人们对世界的理解多基于牛顿的绝对时空观，认为时间和空间是独立存在的，任何物体在空间的运动变化都不会影响到时间的流逝，每个人对时间的体验都是相同的。（这种观点与人们的日常生活经验十分契合）

在这样的认知背景下，人们难以将光速与时间联系起来。但随着爱因斯坦的狭义相对论诞生，时间和空间变得紧密相连，形成一个整体，光速也成为其中的关键因素。（实际上，狭义相对论即使不是爱因斯坦提出的，也将很快被其他科学家提出，因为当时的科学发展已经预示着一场重大的变革）

狭义相对论有几个非常著名的推论，如“钟慢尺缩”，即在静止参考系中运动的物体，其长度会缩短，时间会变慢。其中关于时间的推论尤其引人注目（除了本文讨论的谣言外，还存在所谓的双生子佯谬这一长期争论的话题）。

很多人对这一结论的认识只停留在“物体速度越快，时间流逝就越慢”的层面上，进而有人推测（甚至参考了相关的公式）：如果速度越快时间越慢，那么达到光速时，时间不就静止了？如果速度能超越光速，那么时间岂不是倒流，我们就能回到过去？

乍一看，这个结论似乎合情合理（尤其是对于外行而言），但实际上，这个结论从根本上就是错误的，因为物体的速度是不可能超越光速的，即便是达到光速也是不被允许的（这里指的是具有静止质量的物体，光子则不适用）。

为什么会这样呢？因为狭义相对论中还有一个重要的推论在限制着物体的速度，那就是质速关系，即随着速度的增加，物体的质量也在增加，当速度趋近于光速时，物体的质量将趋近于无穷大，显然，宇宙中不存在足够的能量来实现这一过程。

即便我们不能回到过去，但我们却有可能前往未来。时间的变慢意味着外界的时间在加速流逝。例如，乘坐亚光速飞船去宇宙中旅行，自己可能只觉得过了五年，但回到地球时，却发现已经过了数千年。这不正是穿越到了未来吗？

但有人可能会质疑，狭义相对论是在惯性系中推导出来的，而惯性系只是理想状态，现实中并不存在，那么在广义相对论中，物体是否可能超越光速呢？答案依然是否定的。狭义相对论作为广义相对论的特殊情况，两者在本质上是相通的。换言之，物质在时空中沿着类时曲线（光子则沿着类光曲线）运动，而具体是哪种时空并不重要，无论是平直的还是弯曲的都成立。

这些曲线就是物体的运动世界线，代表了物体在时空中的路径。物体在时空中的每一个点都对应着一个特定的时刻和空间位置，将这些点连结起来，便形成了世界线。

实际上，有三种曲线：类光、类时和类空。在平直时空中，类空曲线表示物体进行超光速运动，但这是相对论所禁止的。我们可以简单地理解为：在相对论中，类空曲线是不存在的。

如果不用上述的几何语言，而使用“相对于某个参考系的速度”等语言来描述，则无法简洁地解释问题，因为在非惯性系中，通过坐标计算得出的光速可能并不是我们熟知的每秒约三十万公里。

然而，科学家们在广义相对论中发现了一些闭合类时曲线的存在。这意味着，在不违反相对论的情况下，我们有可能返回过去。打个比方，在三维空间中，我们可以轻松地回到原点（如通过圆周运动），那么在时间维度上，如果我们能进行“圆周运动”，即在四维时空上画出一条闭合的类时世界线，那不就是回到了过去吗？然而，这只是一种理论可能，目前来看，在现实中实现似乎并不容易。