为什么说超光速粒子很可能并不存在,因为它的存在会导致时空错乱
为什么说超光速粒子很可能并不存在,因为它的存在会导致时空错乱

超光速粒子是假设的粒子(tachyon,也翻译作速子;快子;超光子;迅子;以速子最为常见),其运动速度总是超过光速。爱因斯坦认为,这种粒子将允许逆时间通信,从而为宇宙的基本规则带来各种各样的问题。虽然物理学家还没有证明速子不存在,但有充分的理由相信它们不存在。
任何有质量的物质都不能以光速传播的限制不仅仅是工程局限的表现或想象力失败的表现。它融入了宇宙的定律,正如爱因斯坦的狭义相对论所表达的那样。
假设你想以比光速更快的速度运动。从静止开始,给自己一点推动力。因为你有质量,推动力必须克服惯性才能让你前进,但你最终会开始前进。例如,点燃一枚火箭,然后在爆炸中起飞。
一旦离开发射台,你就不会停下来。你有一些超先进的引擎,可以继续提供推动力,让你继续加速。在远低于光速的速度下,一切都是有意义的:引擎每点燃一秒,你就会得到速度提升。
但当你接近光速时,一些有趣的事情开始发生。向引擎输入的相同量的能量开始给你越来越少的加速度。尽管引擎发挥到了极致,但你发现自己越来越接近光速,但无法达到它。在某个时间点,你意识到要达到光速,你需要在引擎中输入无限量的能量,而这是不可能的。

问题关键是能量等于质量,由E=mc2公式换算。你运动得越快,则拥有的动能就越多,这也意味着你走得越快,就越重。当接近光速时,你的质量就会达到无穷大,所以需要无限量的引擎功率才能达到光速。
这些规则适用于从光速以下开始的有质量的物体。无质量的物体,就像光本身一样,则会自动以光速传播,永远不会减速或加速。1967年,物理学家杰拉尔德·范伯格在几十年的研究基础上提出了一类新的粒子:具有“虚质量”的物体。(这里的“虚数”是指-1的平方根的数学术语。)这些粒子,他称之为速子,永远不会比光速慢。事实上,它们将被迫始终超过光速,将它们降到光速与我们试图加速到光速一样困难。
范伯格不是第一个考虑超光速粒子的人,但他为它们创造了速子这个词。爱因斯坦也曾在此方向思考过,但发现这些粒子违反了宇宙的核心规则:因果关系。
因果关系是如此基本,以至于它构成了我们所理解的关于宇宙运作的一切的基础。简而言之,因果关系表明原因必须先于结果。我必须在你的手机铃声响起之前给你发短信,我必须在能吃水果之前把一块水果放进嘴里,等等。

但是速子能够违反因果关系。为了理解这一点,让我们设置一个小的思想实验。我坐在地球上,而你在宇宙中进行一些伟大的冒险。我想用速子向你发送一个信号,所以我启动了速子发射器并发出一条消息。
从我的角度来看,速子以比光速更快的速度从我身边跑开。目前为止,一切都无异常。
如果你完全静止不动,那么最终,速子到达你的时间会比光到达那里所需的时间更短。在它到达你之前,你无法看到速子的到来,这仍然容易理解。如果你有一个望远镜对准我,你会在看到我按下按钮发送它的图像之前收到速子。很奇特,但仍然没有大问题。
如果你开始移动,问题就来了。根据相对论,从你的角度来看你站着不动而地球似乎在后退。这引入了时间膨胀:从你的角度来看,宇宙中的一切都变慢了——包括我按下按钮的动作——都会变慢。事实上,如果你的运动速度足够快,你可以在我一开始按下按钮之前收到我的速子并发送回复;也就是你可以逆时间发送信号。
一旦你可以逆时间发送信号,你可以玩许多制造矛盾的有趣游戏。你可以发回一条信息来阻止你的爷爷奶奶或爸爸妈妈相遇,这意味着你永远不会存在——但你需要存在才能回到过去,以防止他们相遇。你可以引发一个爆炸在速子发射器收到你的信息之前将其摧毁。你甚至可以在自己的过往经历中摧毁自己。
因为我们不能生活在一个发生这些矛盾和违反因果关系的宇宙中,所以速子极有可能并不存在。
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