光速極限

光速，就我們所知而言，是一道不可逾越的障礙。如果你和我一樣是個科幻迷，這將是一個壞消息。幾乎可以肯定，在除地球之外的太陽系中不存在有智慧的生命。然而恆星間的距離太遠了！我們即使以光速運行，到達最近的恆星也要花上4年時間。所以沒有比光快的交通手段，將很可能無法在銀河系中游蕩並與異型文明相遇，為爭奪銀河系的帝位而戰，等等。

另一方面，由於長度收縮，或許情況並非那樣令人絕望。假設你登上一條飛船，以接近光速飛往10光年以外的一顆恆星。從地球的參照系看來，這個旅行將持續10年。然而對於這次旅行中的乘客而言，長度縮短了。因此這個旅行只用了不到10年的時間。並且飛船飛行得越接近光速，（相對於地球和恆星的）長度收縮得也越多（你也可以從時間膨脹的角度考慮這個問題）。

為建造一艘可以像這樣無限加速的飛船，看來有無窮的技術困難。這些困難可能會被證實是不可克服的，那麼我們就只能在幻想的空間遨遊；但如果它們是可以克服的，並且如果我們人類可以活得足夠長以克服它們，那麼我剛才所描述的正是依據狹義相對論的理論上（可行的）遠程宇宙旅行。

當然，許多科幻小説仍然加入了超光速飛行。但它們也常常不得不在其中引入一些奇怪的概念，如：“時空扭曲”、“超時空”。最終的情況是：就我們今天所知的時、空而言，超光速飛行是不可能的。但如果你喜歡，你總可以寄希望於某種時空的“窗口”或一個全新的，允許物體超光速運動的物理分枝被發現。超光速是一種相對概念。一般定義的光速是1C也就是真空中的光速。但如果介質的密度越大，光速就會越慢。假定一種物質的密度使光速降到0.5C，那麼中微子就可以很簡單的超光速了

如果引入快宇宙和慢宇宙的概念，超光速完全不成問題

近年來，有人將自然界的粒子分成慢子、光子和快子三類，按靜止質量（m0）的大小，慢子 m0＞0，光子m0=0，而快子m0＜0，快子就是比光運動得還快的粒子。

最先假定快子存在的是美國科學家比拉紐克和蘇達珊，直到1967年，美國哥倫比亞大學的傑拉爾德·範伯格才確定了快子在科學中的地位。他認為快子應該存在，只不過它具有負重力的性質，也就是它同我們這個宇宙中的物質不一樣，並不是靠萬有引力相互吸引，恰恰相反，而是相互排斥的。如果把我們的宇宙稱作“慢宇宙”的話，那麼，由快子構成的宇宙，則是“快宇宙”，光速是“慢宇宙”，與“快宇宙”的分界線。在“快宇宙”中，會出現許許多多在“慢宇宙”中看來荒唐滑稽的事情，譬如，在“慢宇宙”中，不動的東西能量為零，一旦它獲得能量，便會運動得越來越快，能量無限大時，它就以光速運動。但在“快宇宙”中，情況恰恰相反，如果快子的能量為零，它就以無限大速度運動，它得到的能量越大，跑得就越慢，當它得到能量為無限大時，快子的速度就降低到光速。在快宇宙裏，光速是快子最小的運動速度；而在“慢宇宙”裏，光速則是物體運動的極限。

如果我們的飛行器能夠在快宇宙中飛行，那麼，光速就是我們的最小速度，不再成為不可逾越的障礙，我們的速度可以達到百倍，萬倍光速，那樣，我們就能到達宇宙的任何一個角落，可以着手建立一個大宇宙帝國了。

在讀AD歷險記中，你可能注意到AD的速度幾乎是光速，但並不等於光速。這似乎有很充分的理由：遠低於光速的速度相對論效應不顯著。然而實際情況是超光速在物理學中是不可能的。

我會告訴你這是為什麼。假想AD奮力想將他的飛船加速到光速。好，我們已經知道物質的能量與γ參數成比例，這在相對論計算中太普遍了。但你也會知道當物體的運動速度等於光速時，γ參數將變為無窮大。因此，為了讓AD的飛船加速到光速，他將需要無窮大的能量。這顯然是不可能的。因此儘管對於一個物體可以以多麼接近光速的速度運動並無限制，但任何有質量的物體都不可能達到光速。實際上，沒有質量的物質必須以光速運動，在此我不想討論其原因。一種沒有質量的物質是光（被稱作“光子”），或許還有中微子（不久前已經證實，中微子有質量。譯者）我們假設有一個世界的任何粒子的質量為負值，那麼光速是這個世界的最慢速度。任何粒子在沒有外力的情況下都保持恆定的超光速速度，但若要使粒子停下來的就等於這個世界要使物體超光速的能量。

還有其他物體不能朝光速運動的原因。其中之一與“因果性”有關。假設我投出一個壘球並打碎了一扇窗户，那麼“我投出球”就是“窗户被擊碎”的原因。如果超光速是可能的，那麼一定會有某種參照系，其中“窗户被擊碎”先於“我投出球”發生。這導致各種邏輯衝突（特別是當窗户已經碎了之後又有人截獲了飛行中的球，阻止了窗户被擊碎！）因此我們將物體能超光速運行這種可能性排除了。更進一步，因果性排除的不僅是超光速運動，更排除了任何超光速通訊。

為了説明這點，這裏有一個表，標明以不同的速度到達不同目的地所需要的時間。讓我解釋一下它們的含義：

首先，為了能產生顯著的長度縮短，我們必須非常接近光速。因此我假設在旅行中飛船可以產生一個穩定的加速度。這也就是説，飛船內的人將感受到一個連續的加速度。例如，前半程以1g（g為地球的重力加速度。譯者）加速，後半程以1g減速。 ^[1] 

第二列以光年為單位給出了地球距離我們目的地的距離（一光年是光在一年內傳播的距離，大約是9.4萬億公里）。我加入了三種不同加速度的計算，一種較小，另一種較大；剩下的一種與地球的重力加速度相等。加速度為2g的旅行可能會非常不舒服，但是仍然有可能實現比這更大的速度。我們知道，人對加速度的感知來自於身體不同部位的加速度差異。舉個例子，若沒有空氣阻力，人是感覺不到自己在一個G的加速度下下落的。也就是説，如果身體各個部位所受到的作用力相同，理論上人可以承受無限大的加速度。

第四列列出了最大速度（在中點處，當飛船正要轉入減速運動時）與光速的比值。最後兩列給出了旅行所需要的時間。首先以地球為參照系，然後以飛船為參照系。其中的差別很重要。我的意思是，如果説你乘飛船以2g的加速度飛往獵户座，在你到達獵户座之前要在飛船上渡過6.8年的時間。（儘管距離很遠，但“飛船時間”增加得非常慢。這是因為距離越大，在開始減速前你越能接近光速飛行，因此你得到的長度收縮越多！）但當你到達那裏的時候，地球上已經過500多年了（排除能量、物質轉化為維度的可能性，只認為能物質會轉化為能量）。你到達獵户座後所發出的任何信息都將在500年後到達地球（不考慮量子通信的可行性），回信也是如此。因此如果人類有一天能漫步在銀河系之中，不同居住點之間將處於隔絕狀態。地球上的人不可能以任何【常規方式】同獵户座附近的人交談。

當然，許多科幻小説仍然加入了超光速飛行。但它們也常常不得不在其中引入一些奇怪但是很流行的概念，如：“時空扭曲”、“超時空”。就我們今天所知的時、空而言，超光速飛行是不可能的。但如果你喜歡，一些諸如維度飛船、蟲洞、零維通道的前沿概念能給你些許希望。因為儘管技術上還不可能實現這些怪異的想法，但是在如今的理論上它們是可行的。待更多的理論被創建後，還會有其他的可能方法。如“弦論”被創立以後，更多的奇思妙想如雨後春筍般出現。不妨你也想一想如何實現光速航行，不要拘泥於地球這一小小星球上的一百年人生，因為宇宙太神奇了。