标题：光速不变原理
简介
光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的，并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。
在广义相对论中，由于所谓惯性参照系不再存在，爱因斯坦引入了广义相对性原理，即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。
诞生
爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》，提到光速问题的话有四段：
“光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着，这速度同发射体的运动状态无关。” 
“下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的，这两条原理我们定义如下：
1. 物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。
2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。” 
“对于大于光速的速度，我们的讨论就变得毫无疑义了；在以后的讨论中，我们会发现，光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。” 
“由此，当υ=V时,W就变成无限大。正像我们以前的结果一样，超光速的速度没有存在的可能。” 
（《爱因斯坦奇迹年━━改变物理学面貌的五篇论文》[美] 约翰·施塔赫尔主编，范岱年、许良英译，上海科技教育出版社2001年版 第97━98页，第100━101页，第109页，第127页。）
推导过程
光速不变第四解为质速解，此解从质速关系得来。爱因斯坦质速关系式：
m=m0/√1-υ2/c2(m为运动质量,m0为静止质量，υ为物体运动速度,c为光速）说明：物体以远低于光速的速度（人体尺度下）运动时，质量变化不明显，增加的质量忽略不计，可认为质量不变，以经典力学规律足可以应付计算需要。但接近光速运动时，物体质量增加较多，随着向光速的靠近，质量趋向无限大。大小两极相通，质量无限大因两极同一又为无限小，质量无限小可视为零，因此光子无静止质量。光作为极限物，大小同一，动静也同一，无静止质量即为无运动质量。从质速关系式也可得m0=0时,m=0,υ=c时，此公式不成立。有人认为没有质量怎会有能量？须知电磁场为能量场，光量子又是能量子，因光子无质量，任一能量值在与质量对比时都为无限大，因无质量，运动中也不消耗能量，除传递能量给其它物体外，光子能量足以保持其速度不变。
光子无质量为知性所不容，人们到处寻找有质量的根据。有人认为光有光压为有质量表现，但不知光压乃光电效应表现，是光量子、光能转化为电能的表现。也有人引爱因斯坦质能公式：E=mc2(E为能量,m为惯性质量,c为光速），认为有质量才有能量，这就和前述质速公式冲突，这种冲突说明光作为极限物，独立于两式之外。我们根据另一能量公式：E=hν(E为能量、n为普朗克常数、ν为光频率）可计算出一定频率光之光子能量，使m=hν/c2推导光子潜质量。注意，这里指的是一定能量必对应一定质量，但对光子而言这只是其潜在质量而非实在质量，这就是实验中找不到有质量的光子的原因，潜在质量只说明可以转变为多少质量。如按经典力学观点非认定光有质量，电磁场有质量，真空作为光量子场就要表现出巨大质量，一切有光的场所也会有沉重的质量压力，含有电磁场的粒子质量都需加倍，引力定律还会使真空形变。推理继续，光越强，质量越大，引力越大，恒星都变成了黑洞，岂不荒谬！电磁场为能量场，引力场为质量场，二者进一步同一才将潜在的质能关系扬弃为真实关系，这却不是本篇所论之题。还有人以光线在引力场中弯曲来证光有质量，有质量的东西才受引力吸引。我们知道，能量为斥力，不受引力作用影响，至于为何会弯曲，以后自会了解。电磁场有能量而无质量，引力场有质量而无能量，实物处二者间而兼有之，我们需再走一段才能真正了解它们。
光速不变的第五解为时空解，时空解源自爱因斯坦相对论。相对论告诉我们，物体高速运动时会发生“尺短钟慢”的现象，这种现象在低速运动中变化极小，可按牛顿力学定律视其无变化，但在高速中变化明显。如沿运动方向取1米的标尺，以地球时间1秒计算，每秒速度在3万公里时,1米为0.995米,1秒为1.01秒；在15万公里时,1米为0.866米,1秒为1.15秒；在29.7万公里时,1米为0.141米,1秒为7.1秒；在29.99万公里时,1米为0.02米,1秒为50秒。当物体运动速度达到光速时，物体沿空间方向的尺度会缩短为零，时间会慢到停止。
“尺短钟慢”效应说明空间和时间是随物质运动速度的变化而变化的，它适用于一切物质，包括光。光速下，时钟停摆，零时间意味着光在传播过程中不消耗时间。空间是物质的延展性，时间是物质变化的连续性或延展性。没有时间就意味着物质静止不变，保持原状，所以光速不变。零时空虽是合理推论，是自然现象、自然法则，也为知性形而上学所不容。更有一部分人认为运动是绝对的，静止时相对的，不但把运动与静止相割裂和对立，且把本应一并使用的对应范畴——相对与绝对分赠不同事物，在形而上学中也沦落到低层次。
辩证法认为有无同一。零时空并不意味着真的一无所有，而是说我们无法测量这时空。无数光量子溶为一体，共同构成大统一场，不分彼此，此光即彼光，因为你无法分离出单个的光量子，你也就无法给定某个量子以特定的空间和时间。这一现象与经济学中全民所有疑难类同：生产资料归全体人民所有，每个人都拥有生产资料，这只是象征性的；每个人又不拥有生产资料，这是实际性的，无法确定哪些生产资料是某个人的，结果无产阶级仍是无产阶级。世风日下情况下，私心膨胀，就变成你的也是我的，不拿白不拿，大家都拿，拿大家的。
人类生活领域比起这宇宙来，渺如尘沙，不值一提。人长期生存于人体尺度领域中，其生活经验及认识局限于此，这个世界的两极——极大和极小都在我们世界之外。如果不是近代人类面临生存危机，迫使我们跨入两极神秘之域，寻求新的生存空间，我们将永不能理解老子及黑格尔的辩证思想。
证明
原理光速不变原理：无论在何种惯性系（惯性参照系）中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，都为299792.458公里/秒。
事实证明光速不变的四项事实。
1) 恒星光行差。
2) 恒星都是一个一个的小圆点。
3) 恒星都静止。
4) 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。
证明方法任意恒星光行差都长期保持不变，证明：光行差不随时间变化，所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5″角距，证明：所有恒星的光速都相同。
《系统分析恒星光行差》中已经详细论证了“光速不变”，所以不再重复。
恒星都是一个一个的小圆点，证明：任意一个恒星的所有的光线的光速都相同，即没有不同光速的光线。
因为没有任何光速‘变化’的现象，所以只有采用‘反证法’。
设：某恒星发来两种光速的光线；光速为c的光线，用c表示；光速为C的光线，用C表示；光速c>C 
因为c和C都是连续的，所以观测者能够同时接收到c和C；但观测者同时接收到的c和C,必然不是同时从恒星发出的。
因此设：c发出的时刻为零；C发出的时刻为t；恒星零时刻的位置为A；t时刻的位置为B；因恒星周日视运动角速度ω=15.0411″/秒，所以A、B之间的角距φ=ωt 
再设：φ=10′（太阳直径的1/3)；恒星距离L=30光年。
则：t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40（秒） 
c传播的时间T1=L/c=30（年）≈86400×365=946080000（秒） 
C传播的时间T2=L/C 
据题意知：T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040（秒） 
所以：C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987（公里/秒） 
即：如果φ=10′，则c－C=300000－299999.987=0.013（公里/秒）=13（米/秒） 
也就是说：如果两条光线的光速差为13米/秒，则这颗距离为30光年的恒星，就同时在角距为10′的A和B两个位置上。
光速连续比间断变化的可能性大得多，如果恒星光速是在C和c的范围内连续变化的，则看起来，该恒星应该是：长度为10′角距的线段。
因为从未看到过：恒星具有多个位置和任何拉长的现象，所以结论正确。
恒星都静止，证明：所有恒星的光速都不随时间变化，都始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化，则看起来恒星必然是运动的。证明方法与上述类似，不再重复。
太阳光迈克尔逊——莫雷实验证明：太阳光的光速不变。
迈克尔逊——莫雷实验的依据是：光速=波长×频率 
光波长和频率都是根据光干涉条纹确定的。根据‘杨氏双缝干涉实验’干涉条纹之间的间距，能够独立推算出‘光波长’，自然可确定‘光频率’。
这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数，即不同颜色光的波长和频率的乘积相等；而且乘积数值等于检测的‘光速值’；从而充分证明：‘光速=波长×频率’成立。
迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测，来自不同方向的阳光的光速，充分证明：阳光的光速不变。
辨析
1．切伦科夫效应
媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速。在这种情况下会发生辐射，称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的超光速，真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。2．第三观察者　如果A相对于C以0.6c的速度向东运动，B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说，A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。在这个例子中，在A的坐标系中B的速度是0.88c。在B的坐标系中A的速度也是0.88c。3．影子和光斑　在灯下晃动你的手，你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒，你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是，不能以这种方式超光速地传递信息。　影子和与手晃动的速度之比确实等于它们到灯的距离之比，但影子的最快速度不会超过光速.光斑也是如此.假设有一个仰角为60度的斜坡，一个物体以0.6C的速度水平运动，那么理论上在斜坡上的投影的速度是1.2C，实际上影子最大速度为C.现象表现为影子不会出现在该物体垂直投射的方位，而是会滞后.4．刚体　敲一根棍子的一头，振动会不会立刻传到另一头？这岂不是提供了一种超光速通讯方式？很遗憾，理想的刚体是不存在的，振动在棍子中的传播是以声速进行的，而声速归根结底是电磁作用的结果，因此不可能超过光速。（一个有趣的问题是，竖直地拎着一根棍子的上端，突然松手，是棍子的上端先开始下落还是棍子的下端先开始下落？答案是上端。）5．相速度　光在媒质中的相速度在某些频段可以超过真空中的光速。相速度是指连续的（假定信号已传播了足够长的时间，达到了稳定状态）的正弦波在媒质中传播一段距离后的相位滞后所对应的“传播速度”。很显然，单纯的正弦波是无法传递信息的。要传递信息，需要把变化较慢的波包调制在正弦波上，这种波包的传播速度叫做群速度，群速度是小于光速的。（译者注：索末菲和布里渊关于脉冲在媒质中的传播的研究证明了有起始时间的信号[在某时刻之前为零的信号]在媒质中的传播速度不可能超过光速。）6.超光速星系　朝我们运动的星系的视速度有可能超过光速。这是一种假象，因为没有修正从星系到我们的时间的减少。　举一个例子：假如我们测量一个目前离我们10光年的星系，它的运动速度为2/3 c。　现在测量，测出的距离却是30光年，因为它当时发出的光到时，星系恰到达10光年处　3年后，星系到了8光年处，那末视距离为8光年的3倍，即24光年。　结果，3年中，视距离减小了6光年……7．相对论火箭　地球上的人看到火箭以0.8c的速度远离，火箭上的时钟相对于地球上的人变慢，是地球时钟的0.6倍。如果用火箭移动的距离除以火箭上的时间，将得到一个“速度”是4/3 c。（这里有问题，首先，以火箭做为参考系，火箭的速度是0，这时候只能计算地球远离火箭的速度，火箭参考系的时间是地球的0.6倍，距离也是地球的0.6倍，地球远离火箭的速度=0.6*0.8c/0.6=0.8c）因此，火箭上的人是以“相当于”超光速的速度运动。对于火箭上的人来说，时间没有变慢，但是星系之间的距离缩小到原来的0.6倍，因此他们也感到是以相当于4/3 c的速度运动。这里问题在于这种用一个坐标系的距离除以另一个坐标系中的时间所得到的数不是真正的速度。8．万有引力传播的速度　有人认为万有引力的传播速度超过光速。实际上万有引力以光速传播。9．EPR悖论　1935年Einstein，Podolski和Rosen发表了一个思想实验试图表明量子力学的不完全性。他们认为在测量两个分离的处于entangled state的粒子时有明显的超距作用。Ebhard证明了不可能利用这种效应传递任何信息，因此超光速通信不存在。但是关于EPR悖论仍有争议。　
10．虚粒子　在量子场论中力是通过虚粒子来传递的。由于海森堡不确定性这些虚粒子可以以超光速传播，但是虚粒子只是数学符号，超光速旅行或通信仍不存在。
11．量子隧道　量子隧道是粒子逃出高于其自身能量的势垒的效应，在经典物理中这种情况不可能发生。计算一下粒子穿过隧道的时间，会发现粒子的速度超过光速。　[1]　一群物理学家做了利用量子隧道效应进行超光速通信的实验：他们声称以4.7c的速度穿过11.4cm宽的势垒传输了莫扎特的第40交响曲。当然，这引起了很大的争议。大多数物理学家认为，由于海森堡不确定性，不可能利用这种量子效应超光速地传递信息。如果这种效应是真的，就有可能在一个高速运动的坐标系中利用类似装置把信息传递到过去。　 [2-3]　Terence Tao认为上述实验不具备说服力。信号以光速通过11.4cm的距离用不了0.4纳秒，但是通过简单的外插就可以预测长达1000纳秒的声信号。因此需要在更远距离上或者对高频随机信号作超光速通信的实验。12.卡西米（Casimir）效应　当两块不带电荷的导体板距离非常接近时，它们之间会有非常微弱但仍可测量的力，这就是卡西米效应。卡西米效应是由真空能（vacuum energy）引起的。Scharnhorst的计算表明，在两块金属板之间横向运动的光子的速度必须略大于光速（对于一纳米的间隙，这个速度比光速大10-24）。在特定的宇宙学条件下（比如在宇宙弦（cosmicstring）的附近[假如它们存在的话]），这种效应会显著得多。但进一步的理论研究表明不可能利用这种效应进行超光速通信。　[4-6]13．宇宙膨胀　哈勃定理说：距离为D的星系以HD的速度分离。H是与星系无关的常数，称为哈勃常数。距离足够远的星系可能以超过光速的速度彼此分离，但这是相对于第三观察者的分离速度。14．月亮以超光速的速度绕着我旋转　当月亮在地平线上的时候，假定我们以每秒半周的速度转圈儿，因为月亮离我们385,000公里，月亮相对于我们的旋转速度是每秒121万公里，大约是光速的四倍多！这听起来相当荒谬，因为实际上是我们自己在旋转，却说是月亮绕这我们转。但是根据广义相对论，包括旋转坐标系在内的任何坐标系都是可用的，这难道不是月亮以超光速在运动吗？　问题在于，在广义相对论中，不同地点的速度是不可以直接比较的。月亮的速度只能与其局部惯性系中的其他物体相比较。实际上，速度的概念在广义相对论中没多大用处，定义什么是“超光速”在广义相对论中很困难。在广义相对论中，甚至“光速不变”都需要解释。爱因斯坦自己在《相对论：狭义与广义理论》第76页说“光速不变”并不是始终正确的。当时间和距离没有绝对的定义的时候，如何确定速度并不是那么清楚的。　尽管如此，现代物理学认为广义相对论中光速仍然是不变的。当距离和时间单位通过光速联系起来的时候，光速不变作为一条不言自明的公理而得到定义。在前面所说的例子中，月亮的速度仍然小于光速，因为在任何时刻，它都位于从它当前位置发出的未来光锥之内。15．明确超光速的定义　第一部份列举的各种似是而非的“超光速”例子表明了定义“超光速”的困难。象影子和光斑的“超光速”不是真正意义的超光速，那么，什么是真正意义上的超光速呢？　
在相对论中“世界线”是一个重要概念，我们可以借助“世界线”来给“超光速”下一个明确定义。　什么是“世界线”？我们知道，一切物体都是由粒子构成的，如果我们能够描述粒子在任何时刻的位置，我们就描述了物体的全部“历史”。想象一个由空间的三维加上时间的一维共同构成的四维空间。由于一个粒子在任何时刻只能处于一个特定的位置，它的全部“历史”在这个四维空间中是一条连续的曲线，这就是“世界线”。一个物体的世界线是构成它的所有粒子的世界线的集合。　不光粒子的历史可以构成世界线，一些人为定义的“东西”的历史也可以构成世界线，比如说影子和光斑。影子可以用其边界上的点来定义。这些点并不是真正的粒子，但它们的位置可以移动，因此它们的“历史”也构成世界线。　四维时空中的一个点表示的是一个“事件”，即三个空间坐标加上一个时间坐标。任何两个“事件”之间可以定义时空距离，它是两个事件之间的空间距离的平方减去其时间间隔与光速的乘积的平方再开根号。狭义相对论证明了这种时空距离与坐标系无关，因此是有物理意义的。　时空距离可分三类：类时距离：空间间隔小于时间间隔与光速的乘积类光距离；类光距离：空间间隔等于时间间隔与光速的乘积；类空距离：空间间隔大于时间间隔与光速的乘积　下面我们需要引入“局部”的概念。一条光滑曲线，“局部”地看，非常类似一条直线。类似的，四维时空在局部是平直的，世界线在局部是类似直线的，也就是说，可以用匀速运动来描述，这个速度就是粒子的瞬时速度。　光子的世界线上，局部地看，相邻事件之间的距离都是类光的。在这个意义上，我们可以把光子的世界线说成是类光的。　任何以低于光速的速度运动的粒子的世界线，局部的看，相邻事件之间的距离都是类时的。在这个意义上，我们可以把这种世界线说成是类时的。　而以超光速运动的粒子或人为定义的“点”，它的世界线是类空的。这里说世界线是类空的，是指局部地看，相邻事件的时空距离是类空的。　因为有可能存在弯曲的时空，有可能存在这样的世界线：局部地看，相邻事件的距离都是类时的，粒子并没有超光速运动；但是存在相距很远的两个事件，其时空距离是类空的。这种情况算不算超光速呢？　这个问题的意义在于说明既可以定义局部的“超光速”，也可以定义全局的“超光速”。即使局部的超光速不可能，也不排除全局超光速的可能性。全局超光速也是值得讨论的。　总而言之，“超光速”可以通过类空的世界线来定义，这种定义的好处是排除了两个物体之间相对于第三观察者以“超光速”运动的情况。　下面来考虑一下什么是我们想超光速传送的“东西”，主要目的是排除“影子”和“光斑”之类没用的东西。粒子、能量、电荷、自旋、信息是我们想传送的。有一个问题是：我们怎么知道传送的东西还是原来的东西？这个问题比较好办，对于一个粒子，我们观察它的世界线，如果世界线是连续的，而且没有其他粒子从这个粒子分离出来，我们就大体可以认为这个粒子还是原来那个粒子。　显然，传送整个物体从技术上来讲要比传送信息困难得多。现在我们已经可以毫无困难地以光速传递信息。从本质上讲，我们只是做到了把信息放到光子的时间序列上去和从光子的时间序列中重新得到人可读的信息，而光子的速度自然就是光速。　类似地，假如快子（tachyons，理论上预言的超光速粒子）真的存在的话，我们只需要发现一种能够控制其产生和发射方向的技术，就可以实现超光速通信。　极其可能的是，传送不同的粒子所需要的代价是极其不同的，更经济的办法是采用复制技术。假如我们能够得到关于一个物体的全部信息，并且我们掌握了从这些信息复制原物体的技术，那么超光速通信与超光速旅行是等价的。　科幻小说早就有这个想法了，称之为远距离传真(teleport）。简单的说，就是象传真一样把人在那边复制一份，然后把这边的原件销毁，就相当于把人传过去了。当然问题是象人这种有意识的复杂物体能否复制。16．无限大的能量　E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2)　上述公式是静止质量为m的粒子以速度v运动时所具有的能量。　很显然，速度越高能量越大。因此要使粒子加速必须要对它做功，做的功等于粒子能量的增加。　注意当v趋近于c时，能量趋于无穷大，因此以通常加速的方式使粒子达到光速是不可能的，更不用说超光速了。　但是这并没有排除以其他方式使粒子超光速的可能性。　粒子可以衰变成其他粒子，包括以光速运动的光子（光子的静止质量为零，因此虽以光速运动，其能量也可以是有限值，上述公式对光子无效）。衰变过程的细节无法用经典物理学来描述，因此我们无法否定通过衰变产生超光速粒子的可能性（?）。　另一种可能性是速度始终高于光速的粒子。既然有始终以光速运动的光子，有始终以低于光速的速度运动的粒子，为什么不会有始终以高于光速的速度运动的粒子呢？　问题是，如果在上述公式中v>c，要么能量是虚数，要么质量是虚数。假如存在这样的粒子，虚数的能量与质量有没有物理意义呢？应该如何解释它们的意义？能否推出可观测的预言？　只要找到这种粒子存在的证据，找到检测这种粒子的方法，找到使这种粒子的运动发生偏转的方法，就能实现超光速通信。[7]17．量子场论　到目前为止，除引力外的所有物理现象都符合粒子物理的标准模型。标准模型是一个相对论量子场论，它可以描述包括电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用在内的三种基本相互作用以及所有已观测到的粒子。根据这个理论，任何对应于两个在有类空距离的事件处所作物理观测的算子是对易的（any pair of operators corresponding to physical observables at space-time events which are separated by a space like interval commute）。原则上讲，这意味着任何作用不可能以超过光速的速度传播。　但是，没有人能证明标准模型是自洽的（self-consistent）。很有可能它实际上确实不是自洽的。无论如何，它不能保证将来不会发现它无法描述的粒子或相互作用。也没有人把它推广到包括广义相对论和引力。很多研究量子引力的人怀疑关于因果性和局域性的如此简单的表述能否作这样的推广。总而言之，在将来更完善的理论中，无法保证光速仍然是速度的上限。18．祖父悖论（因果性）　反对超光速的最好证据恐怕莫过于祖父悖论了。根据狭义相对论，在一个参考系中超光速运动的粒子在另一坐标系中有可能回到过去。因此超光速旅行和超光速通信也意味着回到过去或者向过去传送信息。如果时间旅行是可能的，你就可以回到过去杀死你自己的祖父。这是对超光速强有力的反驳。但是它不能排除这种可能性，即我们可能作有限的超光速旅行但不能回到过去。另一种可能是当我们作超光速旅行时，因果性以某种一致的方式遭到破坏。　总而言之，时间旅行和超光速旅行不完全相同但有联系。如果我们能回到过去，我们大体上也能实现超光速旅行。19．快子（tachyon)　快子是理论上预言的粒子。它具有超过光速的局部速度（瞬时速度）。它的质量是虚数，但能量和动量是实数。　有人认为这种粒子无法检测，但实际未必如此。影子和光斑的例子就说明超过光速的东西也是可以观测到的。　
目前尚无快子存在的实验证据，绝大多数人怀疑它们的存在。有人声称在测Tritium贝塔衰变放出的中微子质量的实验中有证据表明这些中微子是快子。这很让人怀疑，但不能完全排除这种可能。　快子理论的问题，一是违反因果性，二是快子的存在使真空不稳定。后者可以在理论上避免，但那样就无法实现我们想要得超光速通信了。　实际上，大多数物理学家认为快子是场论的病态行为的表现，而公众对于快子的兴趣多是因为它们在科幻作品中出现得次数很多。20．虫洞
关于全局超光速旅行的一个著名建议是利用虫洞。虫洞是弯曲时空中连接两个地点的捷径，从A地穿过虫洞到达B地所需要的时间比光线从A地沿正常路径传播到B地所需要的时间还要短。虫洞是经典广义相对论的推论，但创造一个虫洞需要改变时空的拓扑结构。这在量子引力论中是可能的。　开一个虫洞需要负能量区域，Misner和Thorn建议在大尺度上利用Casimir效应产生负能量区域。Visser建议使用宇宙弦。这些建议都近乎不切实际的瞎想。具有负能量的怪异物质可能根本就无法以他们所要求的形式存在。　Thorn发现如果能创造出虫洞，就能利用它在时空中构造闭合的类时世界线，从而实现时间旅行。有人认为对量子力学的多重性（multiverse）解释可以用来消除因果性悖论，即，如果你回到过去，历史就会以与原来不同的方式发生。　Hawking认为虫洞是不稳定的，因而是无用的。但虫洞对于思想实验仍是一个富有成果的区域，可以用来澄清在已知的和建议的物理定律之下，什么是可能的，什么是不可能的。　[8-12]
21．曲相推进（warp drive）曲相推进是指以特定的方式让时空弯曲，从而使物体超光速运动。Miguel Alcubierre因为提出了一种能实现曲相推进的时空几何结构而知名。时空的弯曲使得物体能以超光速旅行而同时保持在一条类时世界线上。跟虫洞一样，曲相推进也需要具有负能量密度的怪异物质。即使这种物质存在，也不清楚具体应如何布置这些物质来实现曲相推进。