愛因斯坦的狹義相對論有一個要求:我們宇宙中所存在的一切物體,都無法以超過真空中的光速的相對速度運動。單是為了迫使物體達到光速,就得花費無限多的能量,而要把它推動到超過光速,就需要花費比無限多還要多的能量,這簡直是無法思議的了。
不過,讓我們暫時假定有一個物體正在以超過光速的速度運動。
光的速度是每秒約300,000公里,那麼,要是有某個質量為1公斤、長度為1厘米的物體以每秒約424,000公里的速度運動,會發生什麼情況呢?如果我們應用愛因斯坦的方程,它就會告訴我們說,這時物體的質量將等於(負的負1的平方根)公斤,它的長度將變成(負1的平方根)厘米。
換句話說,任何一個運動得比光還快的物體,都會具有必須用數學上所謂「虛數」(參看問題6)來表示的質量和長度。我們沒有任何辦法把用虛數表示的質量和長度具體化,所以,大家就很容易認為,這樣的東西既然是無法想像的,它們就不會存在了。
但是,1967年,美國哥倫比亞大學的傑拉爾德·范伯格卻認為很有希望把那樣的質量和長度具體化(范伯格並不是最先提出快子的人,這種粒子是比拉紐克和蘇達珊最先假定的,但是,范伯格推廣了這種概念)。也許,由「虛數」表示的質量和長度只不過是一種描述具有(讓我們說是)負重力的物體的辦法——這種物體同我們這個宇宙中的物質並不是靠萬有引力互相吸引,而是互相排斥。
范伯格把這種比光還要快的、具有虛質量和虛長度的粒子稱為「快子」。要是我們假定這種快子能夠存在,那麼,它是不是能夠按另一種方式來遵循愛因斯坦方程的要求呢?
顯然,快子是會這樣的。我們可以描繪出比光跑得還要快,但卻遵循相對論要求的快子所構成的整個宇宙。不過,為了使快子能夠做到這一點,在涉及能量和速度的時候,情況就會同我們通常所習慣的情況相反。
在我們這個「慢宇宙」中,不運動的物體的能量等於零,但是,當它獲得能量時,它就運動得越來越快,如果它得到的能量無限大,它就會被加速而達到光的速度。在「快宇宙」中,能量等於零的快子以無限大的速度進行運動,它所得到的能量越大,它的運動就越慢,到能量為無限大時,它的速度就降低到光速。
在我們這個慢字宙中,一個物體在任何條件下都不能運動得比光快。而在快宇宙中,一個快子在任何條件下都不能運動得比光慢。光速是這兩個宇宙之間的界線,它是不能超越的。
但是,快子是不是真的存在呢?我們可以斷言說,有可能存在著一個並不違反愛因斯坦理論的快宇宙,不過,有可能存在並不一定就等於存在。
探測快宇宙的一種可能的途徑,就是要考慮到如果有一個快子以超光速通過真空而運動,那麼,在它飛過時就必定會留下一道有可能探測到的光尾跡。當然,大多數快子都飛得非常快——比光還要快幾百萬倍(正像大多數普通物體都運動得非常慢,只達到光速的幾百萬分之一那樣)。
一般的快子和它們的閃光在我們能夠發現它們之前,早就一瞬即逝了。只有那種非常罕有的高能快子,才會以慢到接近光速的速度從我們眼前飛過。即使在這種場合下,它們飛過一公里也只需要三十萬分之一秒左右的時間,所以,要發現它們也是一樁極傷腦筋的任務!