珍惜29936868

“比光快是不可能的，這輩子都快不過光的。”——愛因斯坦

其實題主的這個問題對於不瞭解相對論的朋友來講，非常簡單！因為跑步者的速度肯定大於光速啊，飛船都已經是光速，我在上面跑，超光速還不是輕飄飄的事？

但當你稍微瞭解相對論後，會發現事實並非如此。

對於上述問題，我們按照伽利略的方式，可以寫出V=v+u，其中V是人相對與地面的速度、v是飛船的速度、u是人相對於飛船的速度。

但是這個數學式轉到相對論中，就變成了（下圖）

c是光速，其餘字母代表的含義和上段相同

現在，我們可以試試這個公式，在題主的條件下，假設人相對於飛船的速度是每秒100米（也就是u），那麼相對於地面的速度是多少呢？

簡單的計算後發現，原本按照普通的方式算出速度是（光速c+100）米/秒，現在卻變成了

並且當v和u都小於c時（按照質增公式，可以知道一般物體是無法達到光速c的），通過基本不等式，我們容易證明速度V一定是小於光速c的。

也就說這個人速度即便跑到了光速的一半，在地面的人看來，速度還是沒有超過光速。

期待您的點評和關注哦！

賽先生科普

這是個很容易想到的問題。狹義相對論早已給出了回答：不會，在地面看起來你的速度仍然是光速。

要理解這個結論，首先要明白，為什麼這會成為一個問題。你的直覺是什麼？是“在地面看來，你的速度等於飛船相對於地面的速度加上你相對於飛船的速度”，對不對？

好，這是生活中的常識。但在相對論中，

讓我們用數學把這個問題表述得簡潔一些。有兩個互相之間做勻速直線運動的參照系，在1號參照系看來2號參照系的速度是u，而一個物體在2號參照系中的速度是v，而且這兩個速度在同一個方向上。我們把這個物體在1號參照系中的速度記作v'。那麼，你的常識就是：

v' = v + u。

這個式子叫做“伽利略變換”，是意大利科學家伽利略（1564-1642）最先注意到的。

在日常生活中，伽利略變換是正確的。比如說，你在一輛汽車上跑步，你相對於汽車的速度是5米每秒，汽車相對於地面的速度是15米每秒，那麼你相對於地面的速度就是20米每秒。

但是，相對論會告訴你，伽利略變換隻是個近似公式，真正準確的公式是：

v' = (v + u) / (1 + uv/c^2)。

其中c是光速，大約30萬公里每秒，^2表示“平方”。這個公式叫做“

洛倫茲

這個公式會告訴你什麼呢？

當u和v跟光速相比很小時，uv/c^2接近於0，分母1 + uv/c^2接近於1，這時v'基本上就是v + u，你就回到了伽利略變換。

在上面那個u = 15米每秒，v = 5米每秒的例子中，情況就是如此。如果你把精確的式子代進去，會發現對結果的修正只有10的負16次方的量級，也就是說要到小數點後第16位才能顯示出差別，這樣小的效應甚至都超出了儀器的探測能力。

但是，當u或者v跟光速可以相比時，情況就不同了，這時你就要嚴肅對待這個1 + uv/c^2的修正因子了。

例如，u = v = c/2，你相對於汽車和汽車相對於地面都以光速的一半運動，這時會怎麼樣？你的直覺是v' = c，你相對於地面達到了光速。但正確結果是，v' = (1/2 + 1/2) / (1 + 1/4) c = 1 / (5/4) c = (4/5) c。在地面看來，你的速度是光速的80%，仍然低於光速！

再來看，如果u = v = (3/4) c呢？這時你的直覺是v' = (3/2) c，你相對於地面超過光速（這是很多人設想的超過光速的辦法）。但正確結果是，v' = (3/4 + 3/4) / (1 + 9/16) c = (3/2) / (25/16) c = (24/25) c。你離光速更近了，達到了光速的96%，但仍然低於光速！

實際上，用一點初中級別的數學就可以證明，如果u和v都小於c，v'必然也小於c（你不妨來證明看看）。也就是說，希望通過運動疊加的方式達到光速，是不可能的。

最後來看題目中的情況。這時u = c，你的直覺是v' = v + c，但洛倫茲變換的結果是什麼呢？

是v' = (v + c) / (1 + v/c)。這個式子化簡以後是什麼？

就是c啊！

在地面看來，你的速度仍然是光速！

你以為會是光速加上v，但v這部分剛好完全被洛倫茲變換相對於伽利略變換的修正吃掉了，剩下的仍然是光速。

你很容易發現，如果u和v中有一個等於c，那麼v'就等於c。如果u和v都等於c，v'還是等於c。

經常有人問：“如果兩束光相向而行，那麼在一束光看來另一束光的速度是不是2c？”現在你知道了，答案仍然是c。

總之，光速有這麼一種特性，能擊敗一切的通過變換參照系對它進行修正的努力。無論你怎麼換參照系，光速總是那麼多，既不會更高，也不會更低。這正是相對論的基本原理之一，叫做“光速不變性”。所以在《三體》中，用一個無論在什麼距離看起來都同樣高的王子來比喻光速。

最後，有兩點需要提醒一下。

一，這個題目說得有點問題，因為根據相對論，飛船這種“靜質量”不為零的物體是不可能達到光速的，只有光這種“靜質量”為零的物體才會以光速運動。關於這一點，可以參見我的另一個回答“光是如何達到光速的？”（https://www.wukong.com/answer/6448603586589884685/）。所以原題目最好改成“在一個飛行的飛船上有一束光，在地面看來它比光速快嗎”。也就是說，與其問u = c會發生什麼，不如問v = c會發生什麼。不過，這對於本文的內容並沒有影響，因為你可以注意到，在洛倫茲變換中u和v的地位是完全等價的，把兩者換一下得到的是同樣的公式。

二，洛倫茲變換明顯違反日常生活的直覺，但科學界早就承認它是正確的。這不是因為科學家喜歡標新立異，而是因為它符合實驗結果。如果你堅持伽利略變換，就會預測一些錯誤的實驗結果。比如說，通過測量在地球運動的不同方向上光速的區別，就可以確定地球在宇宙中的絕對速度。這個實驗叫做“邁克爾孫-莫雷實驗”。這個實驗真的做了，結果卻是測量不到在地球運動的不同方向上光速有任何區別！現在，你明白洛倫茲變換的威力了吧？

袁嵐峰

不會。

光的速度與參考系無關，儘管反常識，但請注意:

這是一個觀測事實，

這是一個觀測事實，

這是一個觀測事實，

也就是說，自然界就是這樣的，不是推導出來的。你在問光速為什麼不變，就相當於問：

為什麼圓周率是派？你能回答嗎？

我們說【圓周率】這個概念的時候，就涉及到另外兩個量：直徑、周長。

小學生都知道：圓周率是直徑和周長之比。

不管圓的周長如何變化，但圓周率永遠是個常數π。

同理：我們在說速度的時候，是在說什麼？

小學生都知道【速度=運動空間除以運動時間】――v=S/t，

也就是說我們只要說【速度】，就隱含了它是一個空間和時間的比值。

現在，我們發現光無論怎麼測量，速度都不變，這不符合我們最簡單最可靠的直覺：速度合成。

想一想：在運行的火車上打乒乓球需要考慮火車運動嗎？你跳高需要考慮地球的自轉嗎？不需要的。因為火車和地球帶著我們一起運動。

但是，光卻不是這樣的，如果你在火車上打的是光量子乒乓球呢？想一想會怎麼樣？

光速不變做了最嚴格苛刻的實驗，目前沒有任何證據能推翻它。就跟我們發現目前所有的圓周率不變一樣。

你測到的光的速度不變:v=C,那麼時空必需要協變，光速C才會是常數。這就是洛倫茲變化。

這就如同：

大圓和小圓，周長和直徑長度協變，才能讓派是不變的常數。

所以，光速不變是一個經驗歸納，跟相對論沒有關係，相對論來自光速不變的邏輯推導。推導過程小學生都懂。

這個問題，不要用用相對論來解釋，否則又臭又長又裝逼。

光速不變是相對論的公理之一，用相對論解釋光速不變是循環論證。

光速不變推導出尺短鍾縮，這個推導的方程就是洛倫茲變換。

你不能說從狹義相對論可以證明光速不變，只能說光速不變與洛倫茲變換邏輯自洽。

我看到一些人扯相對論出來就頭疼，又囉嗦，又讓不懂物理學的人一頭霧水：

用個類比：歐式幾何的命題：三角形內角和等於180度，可以用【平行公設】證明。

但你不能用【三角形內角和等於180度】來證明【平行公設】。

這就如同：【人有兩條腿】——【兩條腿是人】這樣無意義的解釋。

小漢字見大歷史

這一類的問題，提問者總是在理想化的條件下，但一般來說，前提不成立，命題後面所有的條件都沒有意義，問題也就沒有意義和答案。所以，致力於科學科普精神的科技網站，要從最根本的問題說起，而本問題最本質的問題在於：光速是否可以超越？

答案十分明確，就目前人類知識水平和目前的物理水平來說，光速不可超越！這是一個絕對的物理概念，即必須承認沒有任何物體和質量能夠超越光速，原因在於光子的特殊性。

光子在處於靜止的時候質量為０，而靜止質量是指取一個特定的慣性參考系，相對此慣性參考系，物體靜止，在此狀態下測得的物體質量。物體運動後，質量會變化，速度越快，其質量的增加也就越來越大，而能夠達到光速所需要支持其質量持續運動的能量不可想象，幾乎沒有任何這樣大的能量，所以就沒有任何物質能夠達到光速。

光子是唯一能夠達到光速的粒子，其本身就有速度、能量、動量和質量，光子不可能靜止，光子是一種玻色子，而玻色子是構成物質和傳遞作用力的粒子，光子不同於粒子和氫原子，它並不是一種實質組成單位，而是一種中介粒子，也就是傳遞能量和信息的粒子，因此其屬性極為特殊。

從概念來看，簡單通俗地解釋就是，構成宇宙實質物質的任何宇宙有形體的物質是由同為玻色子的子概念——介子組成，而同屬於玻色子的光子是媒介粒子。兩者屬性差別極大，所以不能有任何的交換，即實質物質不換轉換成非實質的宇宙介質物質。所以任何所知的物質（有質量）都不可能超越光速。

鎂客網

這個問題在大學物理上就會講的。

假如說飛船接近了光速(愛因斯坦假設光是最快的，也就是說飛船是達不到c的)，又假設飛船周圍又很多恆星在發光，那麼按照牛頓的世界觀，是不是迎面射來的光和飛船相對速度是2c，而後面的光子和飛船相對速度是無限接近0呢，不是的！

此時，你在飛船參照系上觀察，你會發現，光的軌跡發生了變化，你後面的恆星發生了移動，逐漸向你前進的方向移動，飛船越接近c，你前方的恆星越密集，彷彿時空發生了扭曲，而且，你看到的光子的速度依然是c。

這就是光行差效應！

這是光源不動的現象，同理，還有光源動觀察者不動的情況下會出現“前燈效應”。簡單說一下，就是點光源(實際是不存在的)相對你靜止時(比如你頭上的檯燈)，光子以球狀向外輻射，現在光源加速，這時，光源不再以球狀向外輻射，而是以一個圓錐向前輻射光子圓錐的頂大小與光源的速度有關。

這時你站在地面上看，光子速度依然是c哦。光行差效應和這個差不多，換個參考系，光反過來就行

總之，相對論假設1光速是最快的，2光在任何參照系裡都是c。為了滿足這個假設，時空也會“扭曲”。

怎麼樣，理解不了吧，哈哈哈我也理解不了，這就是相對論。。。

十萬伏特w

我也說下，因為速度越快，時間越慢，如果你把飛船的速度（c）當做你的速度，此時你的時間是靜止的，你跑得起來嗎，你都沒有時間！但是理論上你是能跑起來的，只是你的速度不能算上船的速度，得是船的相對速度。照你的說法，要想超光速你都不用坐光速的飛船，比如你在地球上和光射出去的方向反向跑，你相對於光就是超光速了。一個道理，你說的2c其實也是另一個反向光的2c，運動是相對的，你可以想象成你的船速是相對於一束反向光的速度，就像地球相對於射出去的光也是速度c一樣。哈哈😄，是吧！你在地球上，你也知道，不會有你說的情況出現。

飛天化蝶

這個問題一看就是沒有過關於相對論的基本常識，科普任重而道遠。請問一輛行駛中的汽車，車燈射出的光線，燈光的速度是不是光速加車速呢？肯定不是啊，有很多科普的視頻講的很清楚，去看一看吧。

幸福PJ

在邏輯上說，前提為假，任何謊謬的結果都是真的。

請你放心，你絕對跑不過光速的。即使你的飛船能撐的住。隨著速度提升。你體內的分子質量會增加。當你達到光速1/10，你身體蛋白質早就發生大量斷裂，你已經是個死人了。到達光速70％化學鍵就完全支撐不住任何分子。你會分解成一堆碳氫氧原子。到90%連原子都抗不住會分解成中子質子電子。再往上，連中子都抗不住還會分解成基本粒子。

你覺得自己變成一堆粒子還能跑起來你真當自己是上帝麼？

石油熊貓

愛因斯坦的理論可能是錯的，他的理論仍屬於人類已知的經典物理。就是在觀測宇宙的規則之內。物體的質量怎麼來的？目前歐洲碰撞機並沒有發現西格斯粒子。不能解釋好這個問題，就解決不了光的粒子質量是零還是趨近於零。如果發現世界的所有物質包括光都是由我們還不能定義發現的基本粒子或是構想的基礎鉉組成，那麼問題會迎刃而解。理論上我們就可以存在於宇宙的任何角落。如果大爆炸假設成立，那麼這個奇點怎麼形成的？那麼這個奇點形成的空間和時間就會存在並列弧，就會存在漣漪效應，我們所有觀測空間與時間的參照物都在這個並列弧上。離奇點越近，可能空間越窄，時間越窄，對那個弧上的參照，宇宙可能瞬間或是相對於我們靜止產生。話題回到超光速的問題，如果在可預知的未來，人類解決了質量形成的機理，以及瞭解了物質的基礎粒子分解與還原，這就解決了你本身可以轉換成基礎粒子的傳送和重組，還要解決空間與時間弧上的跳躍，完成自由宇宙間的遷徙就沒有問題。所謂超光速就不是一個緊箍咒。未來會證明愛因斯坦是錯的，這需要時間和人類對宇宙認知的飛躍。

呱呱語錄

即使飛船能夠以光速飛行，即使你的身體能夠承受光速，你知道你在飛船上加速一下需要多少能量嗎？？？？？？核爆都不足以給你提供！！！！！因為是無限大，意思就是無論多大的能量都滿足不了讓你加速！除非你能跳出廣義相對論！我覺得沒有什麼是絕對的，科學會一直進步，絕對不會停止，只是被眼界和條件限制了，廣義相對論絕對會有一天像狹義相對論一樣被相對淘汰，但絕對不是我們現在活著的人能看到的，也許有一天科學家們證明了神學並不遙遠，只是我們的科學暫時理解不了罷了。

關鍵字: 光速 科學 物理