要談超光速，必須談相對論。要談相對論，必上雙曲圖（光速c=1，雙曲線的漸近線就是光路）：

上圖是變換參照系時，時空矢量的變化圖，橫軸表示時間，縱軸表示空間。

考慮如下一個物理過程：以地面做參照系，我花1秒的時間走了1米。

現(xiàn)在變換到我自身的參照系，時間與空間的變換方式在圖中用藍色矢量表示。明顯，對于地面來說的1米，對于我是0米，而對于地面來說的1秒，對于我是小于1秒的。

黃色矢量是光的變換，從地面參照系變換到我自身參照系，光的斜率保持不變，這對應(yīng)的是光速的不變性。

紅色矢量就是快子的變換圖了。對于地面來說沿著時間跟空間都往前走的一個快子，變換到我自身的參照系之后，變成了只沿空間運動，在時間中靜止得了。

這里可以很直觀地看出，由于時空沿著雙曲線進行變換，低光速物體是很難超過光速的，而超光速物體也很難低于光速。所以，倒不是快子為什么可以超光速，而是超光速的一類粒子統(tǒng)一稱之為快子。

回到未來在物理上是容易實現(xiàn)的：時間取決于你運行路線的時空長度，要想回到未來，只要讓這個長度盡量小就可以了（極限情況，以光速運動，長度為0）。

本文要談的是，在物理上，可以回到過去嗎？

十幾年前，當我在紙上畫下雙曲圖的時候，我就發(fā)現(xiàn)一個幾何上很明顯的結(jié)果，那就是低光速的世界與超光速的世界，是關(guān)于x=t這條直線對稱的。一個自然的結(jié)論，如果有人從物理上推導(dǎo)出超光速的世界不符合物理學(xué)，那把x=t視為一面鏡子，我必定可以對稱地推導(dǎo)出低光速的世界也是不符合物理學(xué)的。所以，市面上很多否定超光速的物理理論，我即便看不懂，從數(shù)學(xué)上也可以肯定里邊是有問題的，下邊將針對幾種常見的理論詳細說明下。

1、“快子的質(zhì)量是虛數(shù)，所以超光速粒子不存在”。

先說句讓人聽了很不舒服的話，上邊這個物理論斷，讓我懷疑物理學(xué)家的數(shù)學(xué)水平接近于白癡。為什么會有這種感覺？

我在地面上走1米，從物理上度量這個過程時，用終點減去起始點還是用起始點減去終點，有物理上的區(qū)別嗎？區(qū)別無非是，數(shù)學(xué)上，一個正數(shù)，一個負數(shù)，但總不能說正數(shù)有物理意義，負數(shù)就沒有物理意義吧？

在低光速的世界里，質(zhì)量，能量，動量有如下一個關(guān)系式：

其中能量E大于動量P，所以質(zhì)量永遠是正數(shù)。

對于光速運動物體，E=P，質(zhì)量為0。

對于超光速運動物體，因為能量E小于動量P，所以硬套公式的話，質(zhì)量會變?yōu)樘摂?shù)，上邊那個物理論斷即來源于此。

但這個物理論斷有2個問題：

1）是用能量動量來定義質(zhì)量，還是用質(zhì)量來定義能量動量，這里邊是有很多說道的，硬套一個死的公式，而不明白背后的物理本源，這是推導(dǎo)不出有意義的物理結(jié)論的。

2）實數(shù)，虛數(shù)，正數(shù)，負數(shù)，這些其實都是數(shù)學(xué)的事，跟物理有什么關(guān)系？就像前邊說的，用終點減去起點跟用起點減去終點，只有數(shù)學(xué)上的區(qū)別，物理上沒有任何妨礙。即便采用從能量，動量出發(fā)來定義質(zhì)量的方式，那為什么不用動量減去能量，非要用能量減去動量呢？有點數(shù)學(xué)常識的話，很容易知道，怎么定義都無所謂，數(shù)學(xué)上都是等價的。但這樣一來，超光速的質(zhì)量變成了實數(shù)，低光速的質(zhì)量變成了虛數(shù)，總不能因為這個就判定低光速世界不存在吧？包括愛因斯坦在內(nèi)，很多物理學(xué)家都搞不清楚數(shù)學(xué)跟物理學(xué)的界限，愛因斯坦當年曾經(jīng)轟動世界的動質(zhì)量跟質(zhì)能方程，純粹就一小學(xué)生的數(shù)學(xué)游戲，沒有半點物理學(xué)的意義。

2、“快子奇怪的物理特性”

“在“慢宇宙”中靜止的物體能量為零，一旦它獲得能量，便會運動得越來越快，能量無限大時就能以光速運動。但在“快宇宙”中，如果物體的能量為零，它是以無限大速度運動的，一旦被賦予能量就會慢下來，能量無限大的時候?qū)⒔档偷焦馑?。這實在是相當匪夷所思?！?/p>

前邊提到，超光速世界跟低光速世界是關(guān)于x=t對稱的，所以上邊提到的匪夷所思的物理結(jié)論，從對稱性的角度看，是顯然的。

但這里最主要的，是關(guān)于物體運動快慢這個物理概念。絕大多數(shù)學(xué)習(xí)物理的人都沒意識到，運動快慢并不是一個有物理學(xué)意義的東西。什么意思呢，你在時空中畫一條曲線作為粒子的運動路徑，你畫得快也好，畫得慢也好，物理事實都是一樣的，都是在某一個時間點，粒子運動到了某個空間點，所以時空中，是沒有運動快慢一說的。學(xué)習(xí)近代物理，忘記物體運動快慢這個概念，總是好的，只要關(guān)心物體在時空中如何運動，就不會有莊小哥匪夷所思的那種感覺了。

3、“超光速引發(fā)時間倒流，違反因果律”

相比于前邊2個理由，這個總算是有點靠譜了。這點需要分成2部分來分別考慮。

1）很多人沒有分清楚時間倒流跟時空倒流的區(qū)別。在牛頓的絕對時間體系中，這2點基本不需要區(qū)分，但到了狹義相對論的體系，這2點是有本質(zhì)上的區(qū)別的。

我現(xiàn)在回到我出生的那家醫(yī)院，會對我的出生造成影響嗎？顯然不會（留個坑）。原因是連3歲小孩子都知道的，我只是回到了我出生的那個空間點，并沒有回到我出生的時間點，自然不會對我的出生造成影響，更何況，只要換個參照系，我甚至連空間點都沒回去。

同樣的道理，在超光速的世界里，雖然回到過去的時間是容易的（不需要復(fù)雜的物理說明，從數(shù)學(xué)對稱的角度就能看出，這個結(jié)論是明顯的，因為超光速的時間類似于低光速的空間，超光速的空間類似于低光速的時間），但要想違反因果律，必須回到過去的時間+空間才可以，這是2個變量，只回到過去的時間沒用的。

上邊的討論只針對二維時空，在二維時空中，超光速世界的空間方向是不能反轉(zhuǎn)的，所以維持了因果律。

2）更高級一些的理由，是說在四維時空中，三個空間維度是可以通過旋轉(zhuǎn)變換來變換方向的，這樣，超光速的情況下，時間跟空間的方向都可以反轉(zhuǎn)，這樣也就違反因果律了。

解決這個疑問有2套方案，假設(shè)低光速的時間是t，空間是x、y、z。

a、第一套方案是把空間的某一個維度作為快子的時間維度，原本的時間維度跟剩余的2個空間維度組成快子新的空間維度。如此，只要有一個維度的坐標不能反轉(zhuǎn)，因果律就不會出任何問題。這套方案的問題是，如果時空是四維的，那么光速的不變性就無法保證了。但，我這里之所以把這套方案放在這里，是想著，四維是錯誤的物理理論，在高維時也許是行得通的。

b、第二套方案是把三維空間整個作為快子的時間，如同慢世界里時間在不停地增長保證了因果律，快子世界的空間距離也在不停地增長（快子無法做圓周運動，只能做半徑不斷擴大的螺旋運動），這樣快子世界的因果律問題也可以規(guī)避。這套方案也有個問題，空間距離沒法變成負值，這點跟慢子世界的圖像有些不一樣。（但是概率都能變成復(fù)數(shù)，空間負值問題似乎也不是問題了）

不管如何，所謂的違反因果律，用數(shù)學(xué)語言來說，無非是一個物體在時空中的運動曲線出現(xiàn)了閉環(huán)或者說時空曲線出現(xiàn)了交叉點。這樣，在交叉點所在的時空中，到底發(fā)生了什么物理事實，就說不清楚了?？?，交叉點并不是超光速帶來的，在純粹低光速的世界里，我在數(shù)學(xué)上也可以畫出交叉的時空曲線，但低光速的世界是如何規(guī)避時空曲線交叉的？

我說不清楚，但可以肯定的是，低光速世界既然可以避免時空曲線交叉，超光速世界又有什么原因不能避免呢？總之，因果律并不能作為否定超光速存在的理由。

上邊談了市面上流行的幾種否定超光速存在的理由，都不充分。從數(shù)學(xué)對稱的角度，要想否定超光速的存在，只討論超光速是沒用的，必須證明超光速與低光速同時存在會導(dǎo)致物理上的矛盾才行，但現(xiàn)在看不到有說服力的論證。

哲學(xué)上如何來認知時空，這超出了我的能力范圍，但數(shù)學(xué)跟物理上，時空概念并不復(fù)雜。下邊要討論的一個問題是，如何判定一個時空區(qū)域，是已經(jīng)發(fā)生了一些物理事實（從而不管我現(xiàn)在做什么，這個時空區(qū)域發(fā)生的事都不會改變了），還是還沒發(fā)生物理事實？（從而，我理論上可以做一些事，來改變這個時空區(qū)域發(fā)生的事）

有個類比，時空就如同一張白色的畫布，已經(jīng)發(fā)生的事情是畫布上已經(jīng)做過的畫，尚未發(fā)生的事情是畫布上依然留白的地方，這部分后邊會畫上什么東西還處在不確定之中。

在牛頓時代，上邊的問題是容易判定的，時空平面上畫一條豎直的時間線（時間是橫坐標），時間線左邊表示已經(jīng)完成的畫作，后續(xù)無法再更改了，時間線右邊表示尚未完成的畫作，后續(xù)會畫上什么還有待時空的進一步演化發(fā)展。絕大多數(shù)人的時空觀念都停留在這個時空圖景中，也正因此，當超光速可以回到過去的時間時，人們自然會聯(lián)想到超光速會違反因果律。

但狹義相對論打破了這種圖景。

我現(xiàn)在站在原點（0,0）處，在上圖左邊陰影部分有一只鷹在天上飛，現(xiàn)在問：我可以射出一支箭來影響鷹在陰影部分的運動嗎？

按照牛頓時代遺留下來的思維習(xí)慣，人們會說，陰影部分處于過去的時間，你是不可能射出一支飛往過去的箭的，所以你無法影響陰影部分的時空。

但變換一下參照系，陰影部分是可以變到右邊那個區(qū)域的，這時候，陰影部分處于未來，按照牛頓時代遺留的思維，我又可以射出一支箭來影響陰影部分時空。

互相矛盾的因果結(jié)論，問題出在哪呢？人們需要變換下自己的思維模式了。（有很大一部分物理學(xué)家不想變換老的思維模式，最后，他們給出的方案是禁止超光速存在就好了。）

時空畫布上，不要再以時間線來分割已完成的畫作跟未完成的畫作了，狹義相對論中，我個人覺得以x=-t這條線來分割過去未來是最合適的（二維時可以這么考慮，四維時再說）。

二維時空中，x=t跟x=-t兩條漸近線將時空平面分割為上下左右四個部分，左右是低光速的世界，左邊表示過去，是已經(jīng)發(fā)生的事，不能再改變了，右邊表示未來，是有待發(fā)生的事。上下是超光速的世界，下邊表示過去，是已經(jīng)發(fā)生的事，不能再改變了，上邊表示未來，是有待發(fā)生的事。

也就是說，過去未來不再是牛頓時代，單純地以時間作為分割線，而是以x=-t來分割。

量子力學(xué)是很毀人三觀的。

上邊的所有討論，都基于如下2點：

1、過去影響未來（決定了因果的方向）。

2、一個時空點只能對應(yīng)一個物理事件（也就是時空中的運動不能出現(xiàn)交叉點）。

但還是愛因斯坦，提出了一個叫EPR佯謬的東西，他說過去的時空中到底發(fā)生了什么事情，是可以由現(xiàn)在的行為來決定的。量子力學(xué)中還有一個惠勒延遲實驗，說的也是同樣的事情。什么意思呢？我在公元2016年喊了一下李隆基，一千多年前的唐明皇就在龍椅上打了個噴嚏。現(xiàn)在大熱的量子計算機，量子衛(wèi)星，量子通信這些東西，可都是基于這樣一個毀人三觀的量子力學(xué)原理。

用時空畫布來做類比，有人在時空畫布上隔離了一個區(qū)域，類似管道那樣的，這條管道連接了過去跟未來，但在這個管道區(qū)域中，過去的部分依然是空白的沒有做過畫的。直到有一天，未來的某個時空點發(fā)生了一些事，整個空白的管道區(qū)域才開始做上畫，也只有到了未來的這個時空點，我們才可以在語言上談?wù)?，過去到底發(fā)生過什么事。

在量子力學(xué)中，基本粒子分成了2類，費米子跟玻色子，區(qū)別是，不同的費米子不允許占據(jù)相同的狀態(tài)（記得前邊提過的，低光速世界有物理定律來限制時空中不能出現(xiàn)交叉的時空線嗎？費米子的這個性質(zhì)差不多可以來保證這點，一個人站在地面上不會陷進去，可以視為地面的電子已經(jīng)占據(jù)了時空位置了，人的電子就只能保持距離，從而物理上隔離了人跟地面。），玻色子是盡量占據(jù)相同的狀態(tài)，而且不同的玻色子很多時候從物理上是不能進行區(qū)分的，而且這種不能區(qū)分是物理上的嚴格地不能區(qū)分，而不僅僅是技術(shù)上達不到區(qū)分的水平。

所以，本文賴以討論的2個基礎(chǔ)，在量子力學(xué)面前，一推就倒，時空的面紗還有待未來的物理學(xué)家來揭開。