狭义相对论/超光速信号、因果关系和狭义相对论
人们普遍认为狭义相对论禁止超光速旅行或超光速信号传播。然而，实际的理论并没有包含这个假设。爱因斯坦在 1905 年提出的原始理论指出，自由空间中的光速在所有惯性参考系中都是恒定的，那么人们普遍认为这意味着一个速度限制是如何产生的呢？速度限制的概念来自该理论的两个预测，即惯性在速度接近光速时增加到无穷大，以及如果我们能够以超过光速的速度发送信号，因果关系（因果关系的顺序）将会被破坏。
惯性约束不适用于没有静止质量的粒子，例如光子，也不适用于可能在无质量和有质量形式之间振荡的粒子。然而，超光速信号是否会破坏因果关系是一个更有趣的问题。我们将考虑超光速信号速度与因果关系之间的关系，并将证明如果超光速信号被发现，那么狭义相对论或因果关系将是错误的。
在 20 世纪之前，物理学家认为从一个观察者发送信号到另一个观察者是直接的。他们认为光总是从发射器传输到接收器，发射器早于接收器（下图中的红线），并且信号可以瞬时传输（下图中的蓝线和紫线）。在这种前相对论场景中，图中的两个观察者，比尔和伯莎，可以自由地以任何速度传输信号，直至无穷大。在狭义相对论之前，没有关于信号如何可能在时间上逆行传播的理论，并且这种可能性被排除在外。
狭义相对论对信号行为做出不同的预测。在本书关于同时性的部分，我们证明了狭义相对论预测，两个相对运动的观察者之间的时钟将随着它们沿公共 x 轴的距离而逐渐失去同步。这种效应在下图中显示。
图中的 x' 轴是吉姆认为现在存在的所有点，即现在存在的事件。吉姆的现在与比尔的现在不同。这两个观察者在图的原点读取相同的时间，但时钟随距离原点的距离而不同。这意味着如果吉姆能够从一个地方瞬时发送信息到另一个地方，使得信息在同一时间被传输和接收，比尔将会看到信号跨越了两个不同的时间。信号似乎会向后或向前移动。这在下图中显示，伯莎看到信号在一个时间点（B 点）开始，在另一个时间点（A 点）结束。
请注意，如果伯莎要求简向吉姆发送瞬时信号，那么当信号到达时就在吉姆旁边比尔，将记录该信号到达的时间早于伯莎启动信号的时间。如果可以瞬时发送信号，那么就可以将信息逆着时间传播！这种信息在时间上的反向传输将适用于任何能够以超过光速的速度发送的信号。
如果信号能够以超光速发送，那么伯莎和比尔可以一起致富。伯莎可以要求简和吉姆将比赛结果或股票价格信号发回给比尔，然后比尔可以在比赛开始之前将这个结果发回给伯莎。然后伯莎可以下注赢得一笔巨款。这一系列事件在下图中显示，伯莎在 B 点看到比赛结果，利用简和吉姆向比尔发送信号，在 A 点将结果发回给比尔，然后比尔在比赛开始之前向伯莎发出应该如何下注的信号。
这一系列事件可能被认为在物理学上是不可能的，因为它违反了因果关系原理。根据因果关系原理，原因先于结果，但如果超光速信号是可能的，那么结果可能先于原因。请注意，因果关系的违反实际上是相当有限的，并且仅适用于“类空”分离的事件，这些事件是如此近期的事件，需要一个以超光速传播的信号才能现在观察到它们。即使比尔和吉姆远至月球，如果瞬时信号是可能的，他们也只能窥视伯莎未来的几秒钟（月球距离地球不到 2 光秒）。
众所周知，由于弱相互作用的自由粒子无法观察到，因为它们与观察结果“类空”分离，所以它们由量子理论的概率性预测描述，因此如果因果关系在这些情况下被违反，这并不完全令人震惊，尽管肯定会让人感到惊讶。
进一步阅读
Liberati, S., Sonego, S. 和 Visser, M. (2002) 超光速信号、狭义相对论和因果关系。Annals Phys. 298 (2002) 167-185。 http://arxiv.org/abs/gr-qc/0107091
Garrison, J.C., Mitchell, M.W., Chiao, R.Y., Bolda, E.L. (1998) 超光速信号：因果循环悖论再探。Phys.Lett. A245 (1998) 19-25 http://arxiv.org/abs/quant-ph/9810031