說到相對(duì)論很多人都不陌生，但是普通人對(duì)相對(duì)論的認(rèn)知僅僅停留在所謂的超越光速會(huì)讓時(shí)間倒流這樣的觀點(diǎn)上。那么相對(duì)論中各種感覺上似乎很神奇的現(xiàn)象到底是如何解釋的呢？
今天我就用一種相對(duì)通俗易懂的方式來幫助大家理解狹義相對(duì)論中的一個(gè)觀點(diǎn)：
超光速會(huì)違反因果律，因此現(xiàn)實(shí)中不存在超光速的信息載體
首先說明幾點(diǎn)：
- 討論范圍僅限狹義相對(duì)論
- 超光速并非通常我們理解的一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)速度超過光速，而是信息載體的傳遞速度超過光速。為什么這么說呢，因?yàn)椴话畔⒌奈镔|(zhì)是可以超光速的，如影子。之后所說的所有物體都指信息載體。
- 所謂相對(duì)通俗易懂的方式，我的理解是不使用數(shù)學(xué)運(yùn)算來演算證明。注意，是相對(duì)，該方法是物理學(xué)中常會(huì)使用的方法，只是我講的稍微通俗一點(diǎn)，所以還是勞駕您動(dòng)一下腦子。
時(shí)空?qǐng)D
首先，我們引入一個(gè)重要概念叫做時(shí)空?qǐng)D
這個(gè)東西就和我們平時(shí)了解的坐標(biāo)系是一樣的，只不過他的橫軸代表空間，縱軸代表時(shí)間。時(shí)空?qǐng)D上的線稱為世界線。粒子在四維時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)軌跡即為世界線。
我們舉個(gè)栗子：現(xiàn)在我在地面上，從我的視角觀察一輛汽車從我站的地方向右手邊開去，這輛車在時(shí)空?qǐng)D上的世界線就是這樣的。（因?yàn)闀r(shí)間在流逝，距離也在增加對(duì)不對(duì)）
光的世界線
其次，我們說明一下，光在時(shí)空?qǐng)D中的世界線是什么樣的。
由于x=vt，我們知道光的速度是非?？斓模绻覀冎苯影压馑賤=300000帶入，這個(gè)圖畫出來是很難看的，也不方便其他的計(jì)算和問題探討，因此在這里我們把光速假定為1單位，t與x也是1單位，這樣一來，我往右邊射一道光線出去，那么這道光的世界線就是這樣的。（斜率為45度的一條線）
那我再往左邊射一道光線，同理也會(huì)有一條世界線，這兩條世界線構(gòu)成了光錐。
關(guān)于光錐我們不繼續(xù)討論，我們只要知道物體運(yùn)動(dòng)速度不會(huì)超過光速的，因此，所有以這個(gè)慣性坐標(biāo)系為參照對(duì)象的世界線都位于光錐之間。
注意上面的粗體字是什么意思呢，我們都知道選擇不同參照物觀察到的現(xiàn)象都是不同的，我站在原地，看到汽車往右邊開走；如果以汽車為參照系，那我就是在往左邊運(yùn)動(dòng)。所以以我為參照物建立慣性坐標(biāo)系的話，所有我觀測(cè)的物體都不會(huì)超光速。但是當(dāng)以我為參考去觀察別人是如何觀察別人的時(shí)候，就不一定了。（正所謂你在看風(fēng)景，看風(fēng)景的人在看你）時(shí)空?qǐng)D的作用就是把你看到的風(fēng)景和別人看到的風(fēng)景放在一張圖上比較。
現(xiàn)在我們來開個(gè)腦洞
假設(shè)有兩輛火車，綠色火車停在原地，紅色火車從左邊高速通過，當(dāng)兩車的中點(diǎn)相遇的瞬間，紅色火車瞬間向左右兩邊放出兩道光線。車頭車尾分別有面鏡子，光線射到鏡子立馬就射回來。
好，我們先不看整個(gè)系統(tǒng)，先看紅色火車，我們以紅色火車為參照物建立坐標(biāo)系。假如我是紅色火車，我是靜止的對(duì)不對(duì)，綠色火車在朝我駛來，當(dāng)它車廂中點(diǎn)經(jīng)過我的中點(diǎn)，我就馬上射=。=因?yàn)楣馑偈遣蛔兊模彝瑫r(shí)射出，那么鏡子反射回來兩邊的光線一定是同時(shí)到達(dá)中點(diǎn)的對(duì)不對(duì)？
由于我太長了，我就取我的車頭和車屁股，那這時(shí)候我的世界線是什么樣的呢？就是這兩條紅線對(duì)不對(duì)？因?yàn)槲沂庆o止的，所以X不變。光線也是同時(shí)回到了中點(diǎn)。這都是完全對(duì)稱的。
接著再來看綠色火車，對(duì)于我來說，紅色火車在高速向右行駛，所以紅色火車兩端的世界線如圖所示。光速依舊不變，45度直線，然后返回。形成了一個(gè)矩形，對(duì)角線正好是中點(diǎn)的世界線，咱們?nèi)龡l線都是平行的~
這時(shí)候，看圖，有沒有發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，那就是，向左的光線比向右的光線更早地到達(dá)鏡子？因?yàn)樵诰G色火車看來，兩條光線同時(shí)發(fā)出，右邊的光線需要去追趕車頭的鏡子，所以花的時(shí)間長；左邊的光線追趕鏡子的同時(shí)，鏡子還在高速向他靠攏，所以花的時(shí)間就短。
前方重點(diǎn)：
可是紅色火車看來，光線是同時(shí)到達(dá)兩端的呀？這就是相對(duì)論所說的，在一個(gè)坐標(biāo)系看起來是同時(shí)的運(yùn)動(dòng)在另一個(gè)坐標(biāo)系是不同時(shí)的。（所以說每個(gè)人眼里的世界都是不同的，這在物理上也是成立的）
至此，一定要記住，你認(rèn)為同時(shí)的事情，別人不一定這么認(rèn)為！**所以改變一下世界觀，我們討論的范圍是狹義相對(duì)論，不要被日常生活中的固有觀念卡住思路。開個(gè)腦洞好嗎。
因此相對(duì)于綠色火車來說，對(duì)于紅色火車光線同一時(shí)間到達(dá)鏡子的點(diǎn)所練成的線，稱為同時(shí)線。其物理意義在于這條線上所有的點(diǎn)對(duì)于紅色火車來說都是同時(shí)發(fā)生的。
同樣的，這條線在紅色火車坐標(biāo)系下就是這樣的。
如果到這里為止都理解了，那么我們就可以來論證我們的題目了。
超光速為什么會(huì)違反因果律
最后一個(gè)腦洞：
假設(shè)A是你，B是你的仆人，她為你做飯。你們身邊各有一臺(tái)機(jī)器可以在瞬間傳輸食物。你每天都在想要吃飯還是吃面，一旦你下決定，只要你告訴B，B就可以瞬間把面或者飯傳送給你。但問題是你怎么告訴B呢？
這時(shí)候我們需要一輛小火車（怎么又是火車。。），火車非常地長，它從遠(yuǎn)方開來，經(jīng)過B之后會(huì)再經(jīng)過A你?；疖囉幸粋€(gè)特性是一旦車上有任何一個(gè)人獲得一個(gè)信息，這個(gè)信息就會(huì)瞬間傳遍整個(gè)車廂。
好，有了這么個(gè)神奇的火車，你就可以用它來告訴B你要吃什么了。
有一天，火車開來了，你不斷在想啊想我到底要吃什么，突然，你想到你要吃面了！你立馬和火車上的一個(gè)人說，下面給我吃！
下面給我吃...給我吃...吃...這個(gè)信息瞬間傳遍車廂，然后恰巧火車上有個(gè)人F正好經(jīng)過B，于是他對(duì)B說，下面給我吃！
B一聽，立馬下了碗面給A瞬間傳送了過去。
此時(shí)，兩條紅色的世界線就是在當(dāng)時(shí)經(jīng)過A,B兩點(diǎn)的人的世界線。先前鋪墊這么多就是為了在這里說明，紅色虛線所表示的是地面坐標(biāo)系下，對(duì)于紅色火車來說的同時(shí)線，即圖中兩處交點(diǎn)是同一時(shí)刻的，他的同時(shí)線不是平行于X軸的哦注意。那么當(dāng)B收到信號(hào)后，瞬間傳送回去，對(duì)于B來說他是地面坐標(biāo)系的，因此他的同時(shí)線是平行于X軸的黑色虛線。
那么問題又來了，黑虛線與A線交點(diǎn)的t值竟然比紅虛線與A線交點(diǎn)的t值要來得小，也就是時(shí)間上更早。說明在A決定要吃什么之前，B就把面給送來了。這就違反了因果律，因此可以說超光速是會(huì)違反因果律的。
End...#
