速度超過光速，時間將會倒流（回到過去）。這個說法裡，需要注意兩個要素，第一個是“超過”，第二個是“光速”。因此問題的重點在於：為什麼速度一定要“超過”光速，以及，為什麼要超過的速度是“光速”？
我們知道，速度=距離/時長。“距離”是對空間的度量，“時長”是時間中的一段，因此速度的公式也可以被替換作：速度=空間/時間。也就是說：速度是一個與“空間”和“時間”都直接相關的量，它的變化會影響到空間和時間。
另外，“速度”是一個“相對量”（relative），而非一個“絕對量”（absolute）。通俗地說，一個物體的速度，只有在與其它物體的速度“相對”時，才有意義。舉個例子，我們平時說，一輛車的速度是20公里，其實指的是這輛車相對於一個靜止的物體（路面）的速度是20公里。在承認車速相對於路面的速度為20公里的同時，我們默認了路面的速度為0。而且，也只有在把路面視為“不動”的情況下，我們才可以放心地稱，車的速度是20公里；如果車是在航空母艦上行駛，同時，航母也在航行，那麼相對於靜止的水面，車速可能就不是原來的20公里了。
由於速度是相對的，所以它是可以變化的。舉個例子：兩軍交戰。我軍士兵向遠處的敵軍士兵投擲了一枚手雷，敵軍士兵見狀，拼命地向後逃跑；假設手雷的飛行速度是5米/秒，而且在空中一直保持著這個速度，敵軍士兵向後逃跑的速度是4米/秒。現在，手雷接近敵軍士兵的速度變成了：5-4=1米/秒。我們發現，在敵軍士兵看來，手雷飛向他的速度，由於自己的運動而減小了。如果有敵人向手雷迎面跑去，那麼手雷接近他的速度就是手雷的速度與敵人的速度的和，9米/每秒；我們在日常生活中所見的一切速度都像這樣，是可加可減，可以相對而變化的。
怪異的是，光速卻不是這樣。
光速總是一定的，從來不會改變。當人跑向一個物體時，該物體接近人的速度就會比人不動時要快。但是，光接近你的速度卻永遠是一定的，不管你是向著光跑，還是揹著光跑。這一點可以用一個實驗來證明：一輛開著大燈的車停在路上，前方的光速檢測裝置測定燈光的光速為：299792458米/秒。這時，車開始以20米/秒的速度向前開。我們憑直覺來想，光速肯定會變為：299792458+20=299792478米/秒，因為大燈是在移動的車上發光的，車速必將給光速一個額外的“推動”。然而真實情況卻不是這樣。無論車以多快的速度移動，光速一直都保持著299792458米/秒，永恆不變。
* 光速是精準的299792458米/秒，不是近似值。這是因為國際上把“米”的含義定義為了：光在1/299792458秒內於真空中行進的距離。因此“米”和“光速”是“互證”的，以消滅計算誤差。
由於“光速不變”的這個獨特性質，物理學上將“光速”視為一個“普適常量”（universal constant）。光的速度不會因任何物體的相對運動而改變。通俗地講，光的速度對於任何人來說都是一樣的。
問題就出在這裡。
需要清楚的是，“速度”的本質是一個物體在單位“時間”內於“空間”中的位移。愛因斯坦對此提出了一個驚人的理論：要保持光速不變，一個物體在運動（擁有速度）時，它的空間和時間就不可能保持不變，必須相對地做出調整。這意味著什麼呢？
在日常生活中，我們見到的速度都很慢，離光速還差得遠，所以我們幾乎發現不了“光速不變”對空間和時間所帶來的影響。但是不妨想象，如果汽車能夠以接近光速的速度移動，情況將變得十分明顯：作為一個站在路邊的人，你將看到車的長度沿著它運動的方向縮短了，而且車內的時間流動變得很慢。
路邊的人如果能聽到車裡人的手錶的滴答聲，這種聲音應該相當慢；如果你坐在車裡的話，將不會感覺到你的時間有任何變化，手錶很正常，但是當你望向窗外，會發現路邊的樓房等景物正在不斷地向汽車運動的反方向扭曲，天空則會朝視線的消失點收縮；對以任何速度運動的任何人來說，時間和空間的這種相對調整維持了光速的絕對一定。
《星球大戰》中，“千年隼”號飛船在接近光速的一瞬間，窗外景觀的劇烈變化。在現實中，如果可以如此接近光速，人的眼睛應該無法再看到星空了，因為伴隨著速度的增加，“多普勒頻移”現象會讓可見光的波長變短，最後不再可見。不過雖然是科幻，應該可以幫助理解。在物理學上，相對靜止的觀察者所見的運動中的物體的空間變化，稱作“長度收縮”（length contraction）。
光速不變，空間和時間就要相對變化，一起因物體的運動而精確調整。可以想象，如果沒有這種“保護性”的調整，那麼我們每個人眼中的光速都是各不相同的。因此，既然空間和時間一直是一起調整的，也就可以說：空間和時間從來都不是兩個獨立的事物，而是一同運作，相對變化的一個單體“四維”結構，稱作“時空”（space-time）。這個概念是“相對論”的根基。
* 如果覺得實在難以理解，可以這麼來考慮：當一個人與光同向運動時，他無法去“追”光，因為光速必須總是比他快 299792458米/秒，所以他的速度與光速的差距無法縮小；當人跑向一束射向他的光時，人眼中的光速也並不會像“兩軍交戰”的例子中的手雷一樣，相對於他而加快，而是仍然一直保持著 299792458米/秒；在這種情況下，當一個物體運動起來時，光速不可能為他而加快或減慢，唯一能改變的，就只有運動者的時間和空間（時空）。
另外，很多人不太理解，為什麼既然光速不變，但是當人跑向一束光時，光射到他身上所用的時間會比人不動時更短？這是因為，人在向著光跑時，光與人之間的“空間距離”的縮短的速度由於人的運動而加快了；比如，一束光射向小明。
當小明站立不動時，光與他之間的“空間距離”縮短的速度是c。然而當小明以5米的速度向光跑去時，光與他之間的“空間距離”縮短的速度就變成了c+5。光與小明之間的“空間距離”隨時間的縮短，也就是光要到達小明而所需行進的“總路程”的縮短，因此射到小明身上所花的時間也會較短。光速c並沒有因此而改變。
明白了這些，可以做出結論：速度低於光速，時間的流速會減慢。當物體處於運動狀態時，在相對於這個物體不動的觀察者眼裡，物體的時間會變慢，這種現象稱作“時間膨脹”（time dilation）。它的成因可以用一個類似的例子來說明：從上海去北京，我們可以一直朝北走，也可以先去新疆，再繞到北京。
但是用相同的速度，第二種走法顯然會花掉更多的時間，因為我們在去新疆的時候，把向正北方的速度分割給了西方一部分，因此真正朝著北京的速度就不如第一種方法的快；空間和時間也一樣，可以把它們想象成正西方和正北方。我們呆立不動時，雖然沒有在空間上移動，但是每時每刻都在時間上“移動”。一旦我們（在空間上）動起來，那麼我們在時間上的“速度”就必須分割給空間一部分，時間就慢了下來。A相對於B運動，A的速度越快，在B看來，A的時間就越慢。
關於從上海去北京的例子，這其實是對“時空圖”，或者“閔可夫斯基圖”（Minkowski diagram）的描述。在圖上，時間乘以光速（ct）是時間軸， x、y 和 z 是空間軸。當質點相對靜止時，它的世界線（於四維時空中的運動軌跡）表現在圖上，是與時間軸平行的；當質點勻速運動起來時，世界線會變成一條斜率為 v/c（關於 ct 軸）的直線。現實意義就是，如果物體在空間上運動，它的時間會變慢。
像這樣，如果一個低於光速的速度可以讓時間減慢的話，那麼一個等同於光速的速度會對時間造成什麼樣的影響呢？
最有可能的答案是：速度等於光速，時間會停止。可以想象，如果你此刻正在以光速運動，那麼你就會像光一樣。以光的角度來看，從一點運動到另一點不會消耗時間，或者說沒有時間可以消耗，因為你獨立於參考系之外，沒有時間和空間的概念，時空不會因你的運動而做出調整；這樣一來，以光速運動者的時間，與另一個用來參考的時間之間就沒有了可比性（或者說，無法找出差別），因此等同於是停滯的。A以光速運動，它的時間不流逝。
很多人不太理解，既然說以光速運動的物體等同於是停滯的，那麼為什麼人們所見的光的傳播還是會需要時間？在任何參考系下，光速都是恆定的，這意味著人們看到的光總是會以一個固定的速度傳播，這也是為什麼陽光平均需要8分20秒才能到達地球。
然而，以光速運動的物體不消耗時間，也不運動距離，因此在理論上，光速本身是一個無效的參考系。由於在光速下，觀察者無法做觀察，所以這兩個方面之間沒有任何的矛盾。也正是因為如此，上面所寫的“以光的角度來看”的說法，只是幫助理解的擬人而已，不能算作嚴謹的論證。
現在，似乎終於有充分的理由可以做出假設：速度超過光速，時間將會倒流。如果單個物體的運動速度超過光速，那麼在某些觀察者看來，它的運動確實有可能是逆向於時間的。或者說，有人會看到，物體的一切速度的方向，都徹底地反轉了過來。而且在理論上，運動者自己也有可能會看到反射自較早時候的光，甚至是自己開始超光速運動之前的光。
這就是“速度超過光速能回到過去”這種說法的來歷。
然而，這個說法存在一個根本的問題：物體的速度可以超過光速嗎？
*下面的內容可能需要初中數學知識。
“洛倫茲變換”（Lorentz transformation）是一個物理學術語，它描述了時空因物體的運動，而在不同的觀察者眼中顯現出來的變化的關係。這種變化的係數，被稱作“洛倫茲因子”（Lorentz factor），與物體的速度有關。上面是它的影象。
* 下面是它的方程：
γ（伽馬）是“洛倫茲因子”，表示為圖上藍色的曲線。v是物體在慣性參考系（勻速運動）中的相對速度。c是真空中的光速。
作為參考，以下是洛倫茲因子的簡易推導過程及其物理意義：
火車的行駛速度是 v，光源與鏡子之間的距離是 W，大方框代表車廂
假設行駛中的火車車廂裡有一面鏡子和一個光源，車廂內有一個觀察者，車外的站臺上也有一個觀察者。在車廂內的觀察者開啟光源的同時，兩個觀察者開始計時。光射向鏡子後又被反射回來，當光重返光源處時，兩個觀察者停止計時；由於光速 c 不變，站臺上的觀察者看到光沿其軌跡傳播的速度也應該是 c，而且由於車在運動，所以從車外看，光的傳播軌跡是斜線；設火車的速度是 v，利用勾股定理，三角形的第二條直角邊，也就是火車外的觀察者所見的光向鏡子的傳播速度是：√(c^2-v^2)；設光源與鏡子之間的距離是 W，如此，在站臺上的觀察者看來，車內的光在光源與鏡子之間走一個來回用的時間 Tm 就是：2W/√(c^2-v^2)；設飛船內的人所見的光走一個來回所花時間是 Ts，可以得出：2W=c*Ts；如果用 c*Ts 替換 2W，再代入到 Tm 的公式中，便能夠得到：Tm=(c*Ts)/√(c^2-v^2)，整理 c 後即：Tm=Ts/√(1-(v/c)^2)。洛倫茲 γ 也就是：1/√(1-(v/c)^2)。
可以看到，在速度（橫軸）達到90%的光速c時，因子（縱軸）為約2.294。它的實際意義在於：當物體達到90%的光速的速度的時候，1. 它的長度比不動時縮短了2.294倍。2. 它的1年時間相當於靜止的觀察者的2.294年。3. 它的質量變成了原來的2.294倍，再繼續加速的難度陡然增加。
請注意影象的特點，當速度快要接近光速c的時候（大概在超過90%的光速時），因子（加速的難度）突然大幅度上升，趨近於無窮大，但速度卻永遠也達不到光速。如果把一個大於或等於光速的速度代入公式，計算出來的因子要麼不是一個實數（根號內的數字為負數），要麼無法被定義（分母為零）。
這意味著：要把一個有質量的物體加速到光速，需要無窮大的能量（來帶動它逐漸趨於無窮大的質量），然而“無窮大的能量”是不存在的，所以我們無法將一個有質量的物體以任何方式加速到光速。換句話說：速度無法超過光速，甚至無法達到光速，只能無限趨近。
由於在理論上，物體的速度沒有辦法超過光速，所以“速度超過光速，時間將會倒流（回到過去）”這種說法的前提不能達成，無法再繼續討論結論的對錯了。
很多人不太理解一個問題，如果兩個觀察者都以0.51倍的光速逆向而行的話，那麼其中任意一個觀察者是否將看到另一觀察者的速度超過了光速？答案一定是否定的。日常生活中的速度都很小，所以一般使用經典力學下的速度公式來計算，求出來的結果僅僅是一個近似值。
然而如果速度很大的話，一旦考慮進了狹義相對論，不同參考系下的觀察者所見的速度，則是用“速度加成式”來計算的：x=(v+u)/(1+vu/c^2)，v是觀察者的速度，u是物體的速度，x是觀察者眼中的物體的速度。代入任何一個小於光速的速度，結果都永遠不會大於光速。
目前，歐洲核子研究組織（CERN）在瑞士日內瓦總部建設的“大型強子對撞機”（LHC）可以用高能把粒子加速到99.999994%光速的速度。這差不多是我們加速的極限了，距離100%光速雖然只差一點兒，但是仍然遙不可及。
從粒子物理的角度來看，普通物體的速度無法達到或超過光速的原因是：普通物體有質量，光（光子）沒有質量。質量的另外一個實際意義是“加速的難度”，因此一列火車要停下來，肯定比一輛小汽車困難得多（也就是，在以前進為正方向的設定下，更難獲得負加速度），而要讓火車開起來（獲得正加速度），耗費的能量也會比汽車大得多；光子沒有靜止質量，因此可以以理論上宇宙中最快的速度運動。
電子遊戲《質量效應》（Mass Effect）系列，提供了一種別出心裁的超光速旅行方案，那就是設法把物體的質量降低到零。截圖裡，“質量中繼”（mass relay）正負責在自身與相距很遠的另一座中繼之間建立起一個直線式的零質量通道，讓飛船可以輕鬆地在其間進行遠距離遷躍。
值得一提的是，近期推測存在一種運動速度比光子更快的亞原子粒子，稱作“快子”（tachyon）。在它加速時，能量反而會降低。除此之外，再也沒有其他的例子可以說明有單一物體的運動速度可以比光快；需要注意的是，假設這種粒子真實存在，它的速度一定是生來就超過光速的。沒有任何有質量的物體可以被“加速”到光速，所以這與前面的內容並不矛盾。
很多人會有這樣的疑問：既然光子沒有質量，為什麼它還會被黑洞的引力束縛住，無法逃脫？簡單地說，“廣義相對論”對於“引力”的概念有不同尋常的看法。經典物理學將引力視為一種力，現代物理學則認為“引力”來自於時空的幾何形狀，任何有質量的物體都可以使時空變形；黑洞是一個在很小的區域內集中了極大的質量的天體，這使得它近處的空間本身被嚴重扭曲。
在黑洞的理論邊界（事件視界，event horizon）內，空間的所有方向都指向黑洞的中心，這就是為什麼光子沒辦法以光速從黑洞中逃逸出來。這些光當然也永遠不可能射入觀察者的眼裡，因此理論上黑洞的本體看上去應該是漆黑的。值得注意的是，空間的速度超過光速並不會違背什麼，因為這只是區域性空間相比得到的相對速度，不是一個物體加速的結果。
藉助“洛倫茲因子”的影象和公式，來解釋物體無法被加速到光速的原因，是最直觀，也是最容易理解的。不過，很多人認為應該用“因果律”（causality）來說明才更基本，更有說服力。
也就是，人們不可能先看到一個事件的影響，後看到起因，除非其中有“超光速”的行為。因為，如果物體的速度超過光速，一些觀察者就有可能會看到前後顛倒的事件順序，違揹我們平時習以為常的“因果關係”。
舉一個例子：小明相對靜止，小紅從小明的左邊以超光速跑過，小剛以一半的光速從小明的右邊跑過。當小紅正好經過小明所處的位置的時候，小明遞給小紅一根棍子，之後當小紅與小剛擦肩跑過的時候，小紅用棍子打一下小剛。從小剛的角度來看，他會先被小紅用棍子打一下，之後才看到小明將棍子遞給小紅。這種情況對於正常的思維來說是無法理解的。
公式與因果律，這兩種解釋方法應該都同樣正確，無所謂哪種更科學一些。
最後補充一點。即使我們無法超過光速，也並不意味著“回到過去”是不可能的，只是無法透過加速來實現而已。“蟲洞”（worm hole）是“廣義相對論”預言的一種連線時空上的兩個點的捷徑。
穿過蟲洞可以來到宇宙中處於不同時間和空間上的另一點。總之，蟲洞的存在性無法被徹底否定，而且，透過蟲洞進行時間旅行在理論上也無懈可擊，不過或許實際操作是不可行的，不然“為什麼我們現在的世界裡沒有擠滿了來自未來的人呢？
