光速极限

科学术语

光速极限，是爱因斯坦在相对论里提出光速是速度的极限的猜想，这一猜想在实践上和理论上都有待于探讨。根据质量与能量的变化，粒子的质量变能量，能量有多大，速度就有多大。假如，粒子的整个质量彻底变为能量，那么，粒子的能量就达到极限，粒子的速度也达到极限。假如，光子没有引力质量，反映出光子的整个质量已彻底变为能量，也就是说光子的能量已达到极限，那么光子的速度达到极限。这就是光速极限的道理。

定义

光速，就我们所知而言，是一道不可逾越的障碍。如果你和我一样是个科幻迷，这将是一个坏消息。几乎可以肯定，在除地球之外的太阳系中不存在有智慧的生命。然而恒星间的距离太远了！我们即使以光速运行，到达最近的恒星也要花上4年时间。所以没有比光快的交通手段，将很可能无法在银河系中游荡并与异型文明相遇，为争夺银河系的帝位而战，等等。

另一方面，由于长度收缩，或许情况并非那样令人绝望。假设你登上一条飞船，以接近光速飞往10光年以外的一颗恒星。从地球的参照系看来，这个旅行将持续10年。然而对于这次旅行中的乘客而言，长度缩短了。因此这个旅行只用了不到10年的时间。并且飞船飞行得越接近光速，（相对于地球和恒星的）长度收缩得也越多（你也可以从时间膨胀的角度考虑这个问题）。

为建造一艘可以像这样无限加速的飞船，看来有无穷的技术困难。这些困难可能会被证实是不可克服的，那么我们就只能在幻想的空间遨游；但如果它们是可以克服的，并且如果我们人类可以活得足够长以克服它们，那么我刚才所描述的正是依据狭义相对论的理论上（可行的）远程宇宙旅行。

当然，许多科幻小说仍然加入了超光速飞行。但它们也常常不得不在其中引入一些奇怪的概念，如：“时空扭曲”、“超时空”。最终的情况是：就我们今天所知的时、空而言，超光速飞行是不可能的。但如果你喜欢，你总可以寄希望于某种时空的“窗口”或一个全新的，允许物体超光速运动的物理分枝被发现。超光速是一种相对概念。一般定义的光速是1C也就是真空中的光速。但如果介质的密度越大，光速就会越慢。假定一种物质的密度使光速降到0.5C，那么中微子就可以很简单的超光速了

存在问题

如果引入快宇宙和慢宇宙的概念，超光速完全不成问题

近年来，有人将自然界的粒子分成慢子、光子和快子三类，按静止质量（m0）的大小，慢子 m0＞0，光子m0=0，而快子m0＜0，快子就是比光运动得还快的粒子。

最先假定快子存在的是美国科学家比拉纽克和苏达珊，直到1967年，美国哥伦比亚大学的杰拉尔德·范伯格才确定了快子在科学中的地位。他认为快子应该存在，只不过它具有负重力的性质，也就是它同我们这个宇宙中的物质不一样，并不是靠万有引力相互吸引，恰恰相反，而是相互排斥的。如果把我们的宇宙称作“慢宇宙”的话，那么，由快子构成的宇宙，则是“快宇宙”，光速是“慢宇宙”，与“快宇宙”的分界线。在“快宇宙”中，会出现许许多多在“慢宇宙”中看来荒唐滑稽的事情，譬如，在“慢宇宙”中，不动的东西能量为零，一旦它获得能量，便会运动得越来越快，能量无限大时，它就以光速运动。但在“快宇宙”中，情况恰恰相反，如果快子的能量为零，它就以无限大速度运动，它得到的能量越大，跑得就越慢，当它得到能量为无限大时，快子的速度就降低到光速。在快宇宙里，光速是快子最小的运动速度；而在“慢宇宙”里，光速则是物体运动的极限。

如果我们的飞行器能够在快宇宙中飞行，那么，光速就是我们的最小速度，不再成为不可逾越的障碍，我们的速度可以达到百倍，万倍光速，那样，我们就能到达宇宙的任何一个角落，可以着手建立一个大宇宙帝国了。

基本原理

在读AD历险记中，你可能注意到AD的速度几乎是光速，但并不等于光速。这似乎有很充分的理由：远低于光速的速度相对论效应不显著。然而实际情况是超光速在物理学中是不可能的。

我会告诉你这是为什么。假想AD奋力想将他的飞船加速到光速。好，我们已经知道物质的能量与γ参数成比例，这在相对论计算中太普遍了。但你也会知道当物体的运动速度等于光速时，γ参数将变为无穷大。因此，为了让AD的飞船加速到光速，他将需要无穷大的能量。这显然是不可能的。因此尽管对于一个物体可以以多么接近光速的速度运动并无限制，但任何有质量的物体都不可能达到光速。实际上，没有质量的物质必须以光速运动，在此我不想讨论其原因。一种没有质量的物质是光（被称作“光子”），或许还有中微子（不久前已经证实，中微子有质量。译者）我们假设有一个世界的任何粒子的质量为负值，那么光速是这个世界的最慢速度。任何粒子在没有外力的情况下都保持恒定的超光速速度，但若要使粒子停下来的就等于这个世界要使物体超光速的能量。

还有其他物体不能朝光速运动的原因。其中之一与“因果性”有关。假设我投出一个垒球并打碎了一扇窗户，那么“我投出球”就是“窗户被击碎”的原因。如果超光速是可能的，那么一定会有某种参照系，其中“窗户被击碎”先于“我投出球”发生。这导致各种逻辑冲突（特别是当窗户已经碎了之后又有人截获了飞行中的球，阻止了窗户被击碎！）因此我们将物体能超光速运行这种可能性排除了。更进一步，因果性排除的不仅是超光速运动，更排除了任何超光速通讯。

为了说明这点，这里有一个表，标明以不同的速度到达不同目的地所需要的时间。让我解释一下它们的含义：

首先，为了能产生显著的长度缩短，我们必须非常接近光速。因此我假设在旅行中飞船可以产生一个稳定的加速度。这也就是说，飞船内的人将感受到一个连续的加速度。例如，前半程以1g（g为地球的重力加速度。译者）加速，后半程以1g减速。

发展状况

第二列以光年为单位给出了地球距离我们目的地的距离（一光年是光在一年内传播的距离，大约是9.4万亿公里）。我加入了三种不同加速度的计算，一种较小，另一种较大；剩下的一种与地球的重力加速度相等。加速度为2g的旅行可能会非常不舒服，但是仍然有可能实现比这更大的速度。我们知道，人对加速度的感知来自于身体不同部位的加速度差异。举个例子，若没有空气阻力，人是感觉不到自己在一个G的加速度下下落的。也就是说，如果身体各个部位所受到的作用力相同，理论上人可以承受无限大的加速度。

第四列列出了最大速度（在中点处，当飞船正要转入减速运动时）与光速的比值。最后两列给出了旅行所需要的时间。首先以地球为参照系，然后以飞船为参照系。其中的差别很重要。我的意思是，如果说你乘飞船以2g的加速度飞往猎户座，在你到达猎户座之前要在飞船上渡过6.8年的时间。（尽管距离很远，但“飞船时间”增加得非常慢。这是因为距离越大，在开始减速前你越能接近光速飞行，因此你得到的长度收缩越多！）但当你到达那里的时候，地球上已经过500多年了（排除能量、物质转化为维度的可能性，只认为能物质会转化为能量）。你到达猎户座后所发出的任何信息都将在500年后到达地球（不考虑量子通信的可行性），回信也是如此。因此如果人类有一天能漫步在银河系之中，不同居住点之间将处于隔绝状态。地球上的人不可能以任何【常规方式】同猎户座附近的人交谈。

当然，许多科幻小说仍然加入了超光速飞行。但它们也常常不得不在其中引入一些奇怪但是很流行的概念，如：“时空扭曲”、“超时空”。就我们今天所知的时、空而言，超光速飞行是不可能的。但如果你喜欢，一些诸如维度飞船、虫洞、零维通道的前沿概念能给你些许希望。因为尽管技术上还不可能实现这些怪异的想法，但是在如今的理论上它们是可行的。待更多的理论被创建后，还会有其他的可能方法。如“弦论”被创立以后，更多的奇思妙想如雨后春笋般出现。不妨你也想一想如何实现光速航行，不要拘泥于地球这一小小星球上的一百年人生，因为宇宙太神奇了。

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