快子：让我们实现时间旅行的超光速粒子？

本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

狭义相对论认为，一个人的时间流逝速度，取决于这个人的移动速度。利用这个规律，我们就有可能设计出时间机器并回到过去。一种可能的方案是将自己转换为超光速粒子……

文 | 马库斯・乔恩（Marcus Chown）

译 | 礼世杰

编 | 陈强

时间旅行一直是科幻作品中的常见情节，但它并非只是虚构的想象。从科学的角度来看，时间旅行也是有可能实现的。它的理论基础，就是爱因斯坦的相对论。

爱因斯坦在 1905 年发表的狭义相对论，改变了人们对时间和空间的认知，这都是因为光速的独特性质。爱因斯坦意识到，没有什么能比光运动得更快，光速是我们宇宙中的极限速度。他还提出了光速不变原理：无论你的速度有多快，朝哪个方向运动，测得的光速永远是一个定值。

在此基础上，爱因斯坦发现，时间不是绝对的，而是相对的，不存在人人都认同的通用时钟。换句话说，运动的时钟会比静止的时钟走得慢。这就是钟慢效应，而且运动的速度越接近光速，钟慢效应就越明显。如果一个人能以光速移动，那么时间就会完全停止，虽然这对有质量的物体来说是不可能的，但对光子（构成光的粒子）等无质量实体来说则是可能做到的。

超越光速会怎样？

如果你的运动速度比光速还快，会怎样？根据狭义相对论，如果你能做到，你就会在出发前抵达目的地。这时就出现了令科学家头疼不已的现象 -- 违反了因果论，因为事件的结果先于原因发生。

例如，如果你以超光速前往距离太阳系最近的恒星系统南门二（Alpha Centauri），那么在你到达那里的时候，与你同时离开的一束光仍然在路上。这时，你甚至可以回望地球，亲眼见证你搭乘的宇宙飞船发射升空的情景。

需要把自己转换为快子？

狭义相对论认为，任何有质量物体的运动速度都无法达到光速，那么你怎么做到超光速呢？

物理学家提出了一种假设，他们认为存在一种被称为"快子"（tachyon）的假想粒子。快子天生就比光运动得快，就像光子天生就以光速运动一样。如果我们能把组成我们身体的原子转换成快子，向太空发射，然后把快子变回原子，就可能实现超光速旅行。这样的话，一些观察者就会发现我们从现在回到了过去。

但这里有个问题。1974 年，美国普林斯顿大学的物理学家理查德・戈特（Richard Gott）发现，快子会向后方辐射锥形的引力波，就像飞机在超音速飞行时产生的音爆一样。由于快子不同寻常的特性，会发生一件与你的预期正好相反的事情：引力波会导致快子失去能量并加速。最后，它会与同样高速运动的反快子（快子的反粒子）发生碰撞并湮灭。尽管碰撞时的速度会趋向于无穷大，但戈特认为，快子在生命的大部分时间里，运动的速度只是略高于光速。然而，这将使时间旅行的效率大打折扣。

本文原载于《科学焦点》2023 年第 8 期《时间旅行的 4 种可能》。