通俗硬核科普：超光速可以引起时间倒流吗？

短答案：时间倒流在数学上是可以的。不过超光速等不等于时间倒流？同样，数学上是可以的（负时间流逝）。换句话问：“因果”这个东西可不可以颠倒过来？物理解释上来说，这是个好问题，但目前我们还不完全知道答案。或许可以。而且的确有科研组在研究这个问题。

（1）什么是超光速？

这道题假设“如果超光速”，首先需要定义一下什么是超光速。首先，平常我们说超光速不可以，其实少说了很多。例，宇宙膨胀本身就是超光速膨胀的，在量子力学里面的量子纠缠可以算是一种理论上有可能超光速传输信息的方法，评论里有人提到的电磁学里的相速度也可以在某条件下超光速（虽然不能传递信息）。

所以，光在真空中的速度c为“速度上限”，应该说是一个有质量有信息的普通物质在普通时空里，有相对论所定的，最快速度。相对论不能够完全解释快子（tachyon），更不能够清楚地解释一个普通物质在普通时空中假想性地超越光速。当然，很多的物理学家不相信这个假想在现实中是可能的。不过理论物理原本就是研究假想。既然问了这个问题，那我们就看看如果速度u超过了光速c，时间会不会倒流。

在狭义相对论里，快子tachyon这个东西就是一个有质量有信息，而且是一直超光速的东西。它反而不能低于光速。不过它到底存不存在，这本身就是物理界里的一大争议。前年从CERN（欧洲核子研究组织）报出来的比光更快的中微子一事以实验失误告终，不过当时有发表的无数的理论文献中，有一个说到理论上对如果真的有一天观看到超光速中微子是什么的意义：有可能就是我们从未观看到过的快子的一种。

结论（1）：超光速是个数学上成立的假设，也是理论物理界里的一个成立多年的好问题。不过问题针对的是：普通物质（有质量有信息）在普通时空里的速度超过光速后会怎样？

（2）数学上和现实上，如果超光速，时间会怎样？

当速度u超过光速c的时候，答案是个虚数。不过这并不是一个完整的答案。

跟爱因斯坦同一代的托尔曼推出来的公式，也就是以上提到的公式的升华版，可以看出当速度u超过光速c的时候，时间流逝的其中一个解是负数。对公式有兴趣的，可以看看Richard C. Tolman (1917) The theory of the relativity motion，59页: Velocities greater than that of light。

那负时间流逝是什么概念呢？在物理界里有个概念叫反因果，retro-casuality。当然，我要声明，不是所有的物理学家都相信这个，推导出公式的托尔曼他自己都认为负时间在现实中没意义。不过在理论物理里面，原本也就很少有所有人都认同的理论。

狭义相对论说，如果信息或物质的速度快过光速，那接收方可以在传输方发出之前接收到。我们且不说时空旅行或改变过去（这不是科幻小说，没那么精彩），如果我们可以在信息发送前，就已经收到我们将要发送出去的信息，那就违反了因果：反因果。而且目前的确有科研组在做这个实验。

学术上把这个假想现象（回到过去）称为：两个事件（因，果）中的时空距离相似空间， 所以这两个事件都在“未来”的光锥。换句话说，时间变得像空间一样，我们可以过去。因此“果”有可能比“因”更早发生。一个人的”未来“的光锥或许就是回到他自己的过去。也就是把下图里的光锥前后（上下）折叠起来。曼彻斯特大学和CERN的布莱恩·考克斯就推理过这个假设。还有，因跟题目没直接关系，所以就简单提一下，除了超光速以外，用负能量或者虫洞也是一个有可能折叠或穿越光锥的假设方法。

爱因斯坦也把超光速信息传输称为快子电话，”可以给过去发电报“。不过他觉得这也导致了因果关系的悖论。换句话说，爱因斯坦和他的相对论无法解释这个因果关系的悖论。

结论（2）：当物质超光速时，负时间流逝在数学上是可行。狭义相对论也说，当普通物质的速度超过光速时，它就破坏了因果。收信息（果）可以在发信息（因）之前发生。所以，超光速导致反因果。

（3）反因果和时间流逝这个理论成立吗？

在上面提到的反因果是爱因斯坦和很多科学家无法解释也不认为可行的。不过如果我们走出相对论，看看其他伟大的物理学家，例1965年诺贝尔物理奖得主理查德 费曼Richard Feynman，支持反因果的物理理论是存在的。说到这里，或许就有点离题了，因为我们不再是在讨论超光速而导致的反因果。不过，如果其它原理导致的反因果是一个成立的理论，那超光速而导致的负时间流逝也不可被随意抛弃。

我简单说一下费曼理论上的反因果。大家应该都听说过反物质anti-matter。反物质是由反粒子构成的。里面什么都是相反的 。例，普通物质里的电子是负电荷的，而反物质里的是正电荷的（正电子）。当两者相碰时，会导致两者的湮灭以及释放出高能光子。

为什么普通物质和反物质会互相湮灭？费曼的解释非常地漂亮：它们并没湮灭对方，其实它们原本就是同一物。打个比方：就像镜子里的你似的，什么都和你相反，却什么数值都和你一样，因为就是你。费曼解释普通物质在正时间流逝方向的空间里存在，反物质在负时间流逝方向的空间里存在。我们所看到的湮灭，其实就是当普通物质在时间方向上转了一个弯，相反时间方向行了（变成了反物质）。而我们所看到的大量高能光子就是在时空里时间转弯所需释放出来的能量：在时空连续体里创造一个裂口。

下面的费曼图里可以看到电子e-在我们所看到的湮灭点后，变成了正电子e+，然后以反时流远离湮灭点。

所以我们到正时间方向下看到的反物质就是它”生命的倒带“。普通物质的”生命结束“，就是它变成反物质的”生命开始“。它的正时间上的结束，就是它在反时间上的开始。因就是果，果就是因。。。越说越玄了。。。

反正费曼这个解释就是，我们现在所有的普通物质，包括我们（说的是我们的原子，不是整个人），终有一天会变成反物质（也就是我们天真地认为的物质反物质相碰湮灭），然后沿着时间倒流往回走。

但是，普通物质超光速时，会像反物质一样走负时间流逝吗？快子跟普通物质和反物质的关系是什么？普通物质超光速就是快子了吗？这些问题是成立的问题，也是现有的科研方向，不过现在我们没完全的答案。只能说：有这个可能性，还需要更多的科研。而且在科学界本身就争议很多。

结论（3）：理论物理上，的确有反因果和时间倒流这个概念存在。不过能不能用来解释假想例子里超光速所导致的负时间倒流？可不可以用”非经典物理的方法”让普通物质超光速（同时不违反相对论）？现在我们还不知道（不能确定也不能排除）。不过就算时间倒流和反因果可行，这并不代表你可以改变过去，或许只能看到却无力改变“命运”。

最后再加一句：有因必有果，有果必有因，不管是先因后果，还是先果后因，两者皆可倒，两者不可分。到此为止还算是在现成立的物理理论里面推理的，剩下的就留给科幻小说家们去yy了。