狹義相對論/超光速訊號、因果關係和狹義相對論
人們普遍認為狹義相對論禁止超光速旅行或超光速訊號傳播。然而，實際的理論並沒有包含這個假設。愛因斯坦在 1905 年提出的原始理論指出，自由空間中的光速在所有慣性參考系中都是恆定的，那麼人們普遍認為這意味著一個速度限制是如何產生的呢？速度限制的概念來自該理論的兩個預測，即慣性在速度接近光速時增加到無窮大，以及如果我們能夠以超過光速的速度傳送訊號，因果關係（因果關係的順序）將會被破壞。
慣性約束不適用於沒有靜止質量的粒子，例如光子，也不適用於可能在無質量和有質量形式之間振盪的粒子。然而，超光速訊號是否會破壞因果關係是一個更有趣的問題。我們將考慮超光速訊號速度與因果關係之間的關係，並將證明如果超光速訊號被發現，那麼狹義相對論或因果關係將是錯誤的。
在 20 世紀之前，物理學家認為從一個觀察者傳送訊號到另一個觀察者是直接的。他們認為光總是從發射器傳輸到接收器，發射器早於接收器（下圖中的紅線），並且訊號可以瞬時傳輸（下圖中的藍線和紫線）。在這種前相對論場景中，圖中的兩個觀察者，比爾和伯莎，可以自由地以任何速度傳輸訊號，直至無窮大。在狹義相對論之前，沒有關於訊號如何可能在時間上逆行傳播的理論，並且這種可能性被排除在外。
狹義相對論對訊號行為做出不同的預測。在本書關於同時性的部分，我們證明了狹義相對論預測，兩個相對運動的觀察者之間的時鐘將隨著它們沿公共 x 軸的距離而逐漸失去同步。這種效應在下圖中顯示。
圖中的 x' 軸是吉姆認為現在存在的所有點，即現在存在的事件。吉姆的現在與比爾的現在不同。這兩個觀察者在圖的原點讀取相同的時間，但時鐘隨距離原點的距離而不同。這意味著如果吉姆能夠從一個地方瞬時傳送資訊到另一個地方，使得資訊在同一時間被傳輸和接收，比爾將會看到訊號跨越了兩個不同的時間。訊號似乎會向後或向前移動。這在下圖中顯示，伯莎看到訊號在一個時間點（B 點）開始，在另一個時間點（A 點）結束。
請注意，如果伯莎要求簡向吉姆傳送瞬時訊號，那麼當訊號到達時就在吉姆旁邊比爾，將記錄該訊號到達的時間早於伯莎啟動訊號的時間。如果可以瞬時傳送訊號，那麼就可以將資訊逆著時間傳播！這種資訊在時間上的反向傳輸將適用於任何能夠以超過光速的速度傳送的訊號。
如果訊號能夠以超光速傳送，那麼伯莎和比爾可以一起致富。伯莎可以要求簡和吉姆將比賽結果或股票價格訊號發回給比爾，然後比爾可以在比賽開始之前將這個結果發回給伯莎。然後伯莎可以下注贏得一筆鉅款。這一系列事件在下圖中顯示，伯莎在 B 點看到比賽結果，利用簡和吉姆向比爾傳送訊號，在 A 點將結果發回給比爾，然後比爾在比賽開始之前向伯莎發出應該如何下注的訊號。
這一系列事件可能被認為在物理學上是不可能的，因為它違反了因果關係原理。根據因果關係原理，原因先於結果，但如果超光速訊號是可能的，那麼結果可能先於原因。請注意，因果關係的違反實際上是相當有限的，並且僅適用於“類空”分離的事件，這些事件是如此近期的事件，需要一個以超光速傳播的訊號才能現在觀察到它們。即使比爾和吉姆遠至月球，如果瞬時訊號是可能的，他們也只能窺視伯莎未來的幾秒鐘（月球距離地球不到 2 光秒）。
眾所周知，由於弱相互作用的自由粒子無法觀察到，因為它們與觀察結果“類空”分離，所以它們由量子理論的機率性預測描述，因此如果因果關係在這些情況下被違反，這並不完全令人震驚，儘管肯定會讓人感到驚訝。
進一步閱讀
Liberati, S., Sonego, S. 和 Visser, M. (2002) 超光速訊號、狹義相對論和因果關係。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) 超光速訊號：因果迴圈悖論再探。Phys.Lett. A245 (1998) 19-25 http://arxiv.org/abs/quant-ph/9810031