从粒子物理的角度来看 , 普通物体的速度无法达到或超过光速的原因是:普通物体有质量 , 光(光子)没有质量 。 质量的另外一个实际意义是“加速的难度” , 因此一列火车要停下来 , 肯定比一辆小汽车困难得多(也就是 , 在以前进为正方向的设定下 , 更难获得负加速度) , 而要让火车开起来(获得正加速度) , 耗费的能量也会比汽车大得多;光子没有静止质量 , 因此可以以理论上宇宙中最快的速度运动 。
电子游戏《质量效应》(Mass Effect)系列 , 提供了一种别出心裁的超光速旅行方案 , 那就是设法把物体的质量降低到零 。 截图里 , “质量中继”(mass relay)正负责在自身与相距很远的另一座中继之间建立起一个直线式的零质量通道 , 让飞船可以轻松地在其间进行远距离迁跃 。
值得一提的是 , 近期推测存在一种运动速度比光子更快的亚原子粒子 , 称作“快子”(tachyon) 。 在它加速时 , 能量反而会降低 。 除此之外 , 再也没有其他的例子可以说明有单一物体的运动速度可以比光快;需要注意的是 , 假设这种粒子真实存在 , 它的速度一定是生来就超过光速的 。 没有任何有质量的物体可以被“加速”到光速 , 所以这与前面的内容并不矛盾 。
很多人会有这样的疑问:既然光子没有质量 , 为什么它还会被黑洞的引力束缚住 , 无法逃脱?简单地说 , “广义相对论”对于“引力”的概念有不同寻常的看法 。 经典物理学将引力视为一种力 , 现代物理学则认为“引力”来自于时空的几何形状 , 任何有质量的物体都可以使时空变形;黑洞是一个在很小的区域内集中了极大的质量的天体 , 这使得它近处的空间本身被严重扭曲 。 在黑洞的理论边界(事件视界 , event horizon)内 , 空间的所有方向都指向黑洞的中心 , 这就是为什么光子没办法以光速从黑洞中逃逸出来 。 这些光当然也永远不可能射入观察者的眼里 , 因此理论上黑洞的本体看上去应该是漆黑的 。 值得注意的是 , 空间的速度超过光速并不会违背什么 , 因为这只是局部空间相比得到的相对速度 , 不是一个物体加速的结果 。
借助“洛伦兹因子”的图像和公式 , 来解释物体无法被加速到光速的原因 , 是最直观 , 也是最容易理解的 。 不过 , 很多人认为应该用“因果律”(causality)来说明才更基本 , 更有说服力 。 也就是 , 人们不可能先看到一个事件的影响 , 后看到起因 , 除非其中有“超光速”的行为 。 因为 , 如果物体的速度超过光速 , 一些观察者就有可能会看到前后颠倒的事件顺序 , 违背我们平时习以为常的“因果关系” 。
举一个例子:小明相对静止 , 小红从小明的左边以超光速跑过 , 小刚以一半的光速从小明的右边跑过 。 当小红正好经过小明所处的位置的时候 , 小明递给小红一根棍子 , 之后当小红与小刚擦肩跑过的时候 , 小红用棍子打一下小刚 。 从小刚的角度来看 , 他会先被小红用棍子打一下 , 之后才看到小明将棍子递给小红 。 这种情况对于正常的思维来说是无法理解的 。
公式与因果律 , 这两种解释方法应该都同样正确 , 无所谓哪种更科学一些 。
最后补充一点 。 即使我们无法超过光速 , 也并不意味着“回到过去”是不可能的 , 只是无法通过加速来实现而已 。 “虫洞”(worm hole)是“广义相对论”预言的一种连接时空上的两个点的捷径 。 穿过虫洞可以来到宇宙中处于不同时间和空间上的另一点 。 总之 , 虫洞的存在性无法被彻底否定 , 而且 , 通过虫洞进行时间旅行在理论上也无懈可击 , 不过或许实际操作是不可行的 , 不然“为什么我们现在的世界里没有挤满了来自未来的人呢?”
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