假如有一個很大很長的高鐵,裡面再放一個高鐵,依次類推,人坐在最裡面,所有高鐵同時開動,人有沒有可能超越光速?為什麼?

秦羽


宏觀低速時得到的簡單速度合成經驗,不能用在超光速這事上。

題主的問題,本質上是想通過速度合成原理,不斷的累加速度,從而達到超光速。速度合成公式,是當參照系發生變化時,應該如何求得速度的一個簡單加或者減的公式。

比如傳送帶,以每秒一米的速度勻速前進,某人相對於傳送帶的運動速度是每秒兩米,那麼在地面上的人看來,此人的運動速度,則要麼是每秒三米,要麼是每秒一米,這取決於他的運動方向。

這種速度合成現象,甚至成就了著名的紅桃皇后法則(《愛麗絲漫遊仙境》),其引申出來的意思是,生活就像一個逆行的傳送帶,如果你想呆在原地不動,那你就得以傳送帶相同的速度奔跑,如果你還想前進,那麼你必須跑得更快


但是速度合成原理不能用於超光速,這可以用另外一個簡單並且現實的實驗代替。

讓我們考慮,一個運動中宇宙飛船 ,順著飛船運動的方向射出一束激光,和逆著飛船運動的方向射出另一束激光,請問,對於飛船前後的觀察者來說,這兩束激光的速度一樣嗎?


答案是一樣,順著飛船的方向發出的激光的速度,並不是光速+飛船運動的速度,而逆著飛船運動方向的發射的激光的速度,也不是光速-飛船運動的速度。這就是狹義相對論中真空光速是最大速度,不能超越的根本原因所在。如果真空光速可以超越,這就是最簡單的超光速辦法。


但是,雖然真空光速不能超越,兩個方向的激光的速度一樣大,但是順著或者逆著飛船的方向發射的激光,在別的性質上卻是可以發生變化的,光的頻率會發生變化,順著運動方向發出的光頻率變快,光會發生藍移,而逆著運動方向發出的光,則會紅移。

想起來沒?哈勃就是因為發現,離我們遙遠的那些星系在遠離我們而去,才發現原來宇宙在膨脹,他發現的正是紅移現象。

圖示:哈勃紅移。遙遠星系發射到地球的光,都在往光譜的紅端移動,移動距離取決於它們的距離,距離越遠移動得越多,這代表的是距離越遠的星系遠離我們的速度就越快。


如果您還不滿意,那就必須上數學方程了。


宏觀低速運動的速度合成公式是簡化版,它來自伽利略。

下面這個就是速度合成公式的伽利略變換。

圖示:t 時間,v速度,xyz則是空間座標。這是簡化考慮一維上的運動。

而更準確的速度合成公式則是洛倫茲變換

當速度V,遠遠小於光速的時候,分母就等於1,發現洛倫茲變換就簡化為伽利略變換了。但是隨著速度V的增大,簡單的伽利略變換的誤差將越來越大,大到完全無用的程度。


不知寫明白沒有

但還是謝謝您的贊^_^


三思逍遙


不會的。題主的實驗模型如下:

假設高鐵的速度是300公里每小時,在速度為300公里每小時的高鐵上以300公里每小時繼續向前,這樣第二列高鐵相對於地面的速度的確是600公里每小時,這樣不斷的疊加,就不斷地提高了與地面的相對速度,但是即使這樣疊加下去,處於最終那輛高鐵上的乘客也不可能超過光速。


為啥這個速度疊加下去不可能超過光速呢?

好多人聽過相對論中任何物體的速度不可能超過光速,問起來原因,就說是愛因斯坦說的。其實愛因斯坦並沒有直接說過這句話的。

下面我用相對論下的質量公式和牛頓第二定律(這時候不能嚴格適用)以初中生都可以聽懂的方式講解下為啥在相對論下物體的速度就不可能超過光速的。

相對論下質量公式如下圖:



其中m0為靜止質量,m為運動質量,v是運動速度,c是光速。

如果物體的運動速度v逐漸越來越大,加大到接近光速,這時v除以c結果就接近1,上面公式中分母就接近於零,所以整個值將接近於無窮大,即運動質量將變得無窮大。由牛頓第二定律知道f=ma,加速度a=f/m,當質量變得無窮大時,加速度就會接近於零。

由初中物理知識可知,加速度為零時物體的速度將不再增加,即這時速度將不會繼續增加,故物理速度只能無限接近光速,而不能超過光速。

形象的理解就是這時物體的質量變得如此之大,以至於就像我們無法推動胖子一樣,這時也無法將這個質量無窮大的物體加速到光速。


核先生科普


先說結論,無論套了多少個高鐵,坐在最裡面高鐵的人相對於地面的運動速度都不會超越光速。

題主這種想法無非就是想通過速度疊加,使人的速度相對於地面超過光速。如果想要通過該這種方法“超光速”,根本用不著這麼麻煩的假設,只要假設高鐵以0.6c(光速的60%)的速度相對於地面前進,然後人在高鐵上以0.5c的速度相對於高鐵向前飛奔,這樣按照速度疊加方法,人相對於地面的速度就是0.6c+0.5c=1.1c,即超過了光速。

然而,愛因斯坦的狹義相對論不允許任何物體以超光速運動,因為上述的速度疊加方法在接近光速時不能使用,而是要用下式:

當u=0.6c,v=0.5c時,合速度w≈0.85c

還是根據上式,可以計算出合速度w=c,不管高鐵的運動速度有多快,高鐵發出的光相對於地面的速度都是光速。這個原理被稱為光速不變原理,是狹義相對論的兩大基礎之一,也是推導出相對論速度疊加公式的根本基礎。

需要注意的是,光速不變並非愛因斯坦的假設,而是狹義相對論誕生之前,理論和實驗都共同支持了這一現象,愛因斯坦創立狹義相對論正是為了描述這樣的物理世界。

另外,如果u和v都遠低於光速時,相對論速度疊加公式中的分母就會趨於1,它就會演變為我們在中學物理中所學過的速度疊加方法,所以我們平時所用的方法其實是一種近似。


火星一號


我沒什麼文化,但看了各種複雜的回答,忍不住想說出我簡單的理解。

在機場候機大廳裡,為了加快旅客的步行速度,會使用平地電梯,想象我們在電梯上行走時,我們的位移速度是電梯速度和行走速度的疊加,我們明顯前進的快了。

所以我們假設在一個無限長的平行電梯上安裝同樣的平行電梯,以此循環,那麼在最上面的電梯上的我們的位移速度是無數平行電梯速度的疊加。這個假設與題主的假設類似,因此速度疊加後是能夠超越光速的。

對於這個結論我想補充下,因為難免有人誤解!假設當所有平行電梯啟動前,我站在最頂端的位置為A點,平行電梯同時啟動1小時後我的位置為B點。那麼AB點之間的距離除以我從A點到達B點所用的時間,即是我的位移速度,這個位移速度是超過光速的。不過假設二郎神在A點位置(沒在平行電梯上)觀察,那麼對於二郎神來說,他所觀察到的速度是不會超過光速的,因為在我位移的1小時內,他也許度過了數年的歲月。


用戶266024154


首先是不可能超過光速的

其次也不用說的這麼麻煩,我給你簡化一下:

假如有一架接近光速的戰鬥機(90%的光速),它發射了一枚導彈(飛行員測到導彈的速度為0.5倍光速),請問導彈在地面人員眼中速度是多少?超過光速了嗎?


估計不少朋友都會脫口而出:1.4倍光速。不過很遺憾,正確答案是0.96倍光速

為什麼呢?因為在高速狀態下,我們必須考慮到相對論。

在狹義相對論中,專門有這樣的一個公式,分析了速度疊加時的情況(見下圖

對應到開頭所舉的例子,等式左邊是地面人員的觀測速度,等式右邊v是戰鬥機速度,u是飛行員測到的導彈速度,c是光速

而這個公式是怎麼來的呢?

這也就涉及到狹義相對論是怎麼創立的,或者說它的基本出發點是什麼?

兩個:光速不變原理和狹義相對性原理

具體內容就不介紹了。再回到題主原本的問題,像俄羅斯套娃般的放置高鐵,不管放多少,最裡面的那個,速度始終不會超過光速。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普


看著你們一本正經的回答這個問題,老子深夜深深吸了一口煙,看看,又是u又是n的,一大堆看不懂的鬼畫符,內容跟八十年沒有洗過的老太太臭腳布一樣噁心,不忍直視,也看不懂,亂七八糟,反正內容又長又噁心,你們的回答你們自己看得懂嗎?信不信老子撒泡尿ci醒你們!

明顯就是為了湊字數複製的回答,真是沒出息,為了幾分錢就硬要湊字數!

真相往往只有一個,答案簡單一點,要麼能超過!要麼不能,扯那麼多幹什麼?你以為大家能看懂?能看懂的人會在網上問這個問題?

op

我覺得能超過,這就是我的答案。我對自己的答案自信是正確的,且無需解釋無需辯解,更無需佐證。

po

為什麼,還是解釋一下,既然有光速度,就有超越光速的東西,別用你人類的無知解釋宇宙,這是論證,其次提問者是理論中的無數個火車,那麼假設火車透明,去掉那個什麼貓的未知理論,在最外面看最裡面,無數個火車裡面的火車,應該接近或者說超過光速。

en

好了,下次你們別整那麼多大家看不懂的答案,弄的自己學問好像有多深,如果學問真的深,請化繁為簡,如果這都做不到,就說明半桶水晃盪,頭條多是賜樰這種九年義務教育畢業的,太高深的別拿出來。




賜樰


其實不用這麼麻煩,你就簡單設想一下,高鐵晚上開車頭燈就是了,那麼車頭燈光是光速,加高鐵的速度,不管多少,只要高鐵不是停下或後退,車頭燈就是超光速,但是事實不可能的,起碼目前為止,光速是不能超越的,那麼問題來了,假如高鐵時速300公里,車頭燈的速度➕高鐵速度仍是=光速,那麼車頭燈的光的速度是否可以理解成:光速減高鐵速度?同樣是這個車頭燈發出的光,為何在高鐵靜止時它能達到光速,高鐵開動時就不行?那麼在高鐵倒車時呢,它又是正常光速了。其實車頭燈的光一直是光速,它的速度並不能被車頭燈的運行速度疊加,就是說,假如高鐵能以光速跑起來的話,車頭燈的光就永遠射不出燈罩之外。


小龍47730


理論上是可以的,注意是無限疊加。前面很多人提到了飛機發射導彈的問題,其實這兩個問題是有本質區別的。

我簡單一點說,本題目的意思大概是,一輛高鐵時速200。這個時候,如果高鐵上有一個人,拿出手機開啟導航,那麼導航顯示他的時速是200還是0?大家開車或者坐在車裡都有用手機導航的經歷吧,這個時候手機提示的速度是不是就跟車子速度是一樣的。所以高鐵上的人的速度顯然應該是200。

然後這個人在從車尾出發,用20的時速跑向車頭。這個時候導航顯示他的速度是20還是220或者200呢?這個問題我們這麼理解,速度=距離/時間。機場的代步履帶大家都知道吧。假設從入口到檢票距離是100米。人走過去需要20秒,那麼人的速度為5米/秒。站在代步履帶上過去也是20秒,那麼履帶速度也是5米/秒。那麼如果人站在履帶上走過去,是不是隻需要10秒就能把入口到檢票100米的路走完了呢?速度是不是就達到了10米/秒?再說的通俗一點。兩個人,以同樣的速度從入口走到檢票口。一個在履帶上走,一個平地上走。是不是履帶上的那個人用時短,他們既然自身速度是一樣的,為什麼履帶上用時短?因為這個時候速度相加了,雖然他們自身速度一樣,但是這個情況下履帶上的人的速度大於平地上的。

ok,這個時候大家應該弄明白瞭如果你在高鐵上從車尾跑向車頭,那麼實際上這個時候你自身的速度已經超過了高鐵的速度了。也就是220。那麼如果如題目所說,高鐵裡有高鐵,無限疊加,那麼最終高鐵裡的那個人是一定可以甚至超越光速的。大家可以這麼想象一下,高鐵裡有個履帶,履帶上有個人在走。這個時候人的速度是不是應該是高鐵+履帶+人。題目說的大概就是這麼個意思。

下面再解釋飛機上發射導彈的問題。0.6倍光速的飛機發射一枚0.6光速的導彈,為什麼導彈的速度不會超光速。繼續用最簡單的例子,還是機場代步履帶。前面說了,人在履帶上走速度是相加的。但是這條履帶50米處有一個出口。導彈發射,就是離開了飛機,就等於是這個人一直站在履帶上,履帶5米/秒。到了50米的缺口,人從缺口走下來,繼續以5米/秒的速度走。因為人離開了履帶,所以這個時候的速度就不存在想加了。

當然這個問題所有的假設都是在一個完全理想的空間裡,現實裡是不可能達到的,但是在這個完美的空間裡,人是可以超過光速的。


悠然自得89114366


先給出答案:不可能超過光速!

記得之前回答過類似的問題,一艘宇宙飛船以0.6倍光速飛行,外星題目飛船上以0.6倍光速發射火箭,火箭的速度是不是超越光速了呢?

這兩個問題本質上是一樣的!

很多時候,我們總是把問題想得太簡單太片面,而忽略了的很多因素!愛因斯坦的狹義相對論已經表明,任何有靜質量的物體都不可能超過光速,而且不管以什麼參照物來看都是如此,這個理論得到了的無數次證明!

那為什麼總會有很多人不解呢?總會有人試圖利用相對速度的概念來自完成超越光速呢?就像提問者那樣?

現實生活中,相對速度我們都很熟悉,比如你我各以6米/秒的速度反方向奔跑,我們看到對方的速度就是12米每秒!

但如果較真的話,真的不會是正好12米每秒,運動會影響你我感知的相對時間,但由於這種差異奇怪太小了,完全可以忽略不計!

說了這麼多,再回到問題中來!其實這個問題不用愛因斯坦的狹義相對論如此高深的理論也能解釋,用一種通俗的方法!

那就是把無數個高鐵看成一個整體(事實它們確實事物一個整體),內部高鐵無論如何運動改變不了整體的運動狀態!這就相當於你不可能坐在一個靜止的自行車上把自行車推走,一個道理!

既然是一個整體,提問者的問題其實很簡單,不用高鐵套高鐵把自己都套暈了,問題的本質可以簡化成這樣:高鐵的速度能超過光速嗎?顯然不能!

往細節方面說,為了方便說明,最外面高鐵叫“高鐵A”,靠近高鐵A裡面的叫高鐵B。假設高鐵A以0.6倍光速行駛,高鐵B也想以0.6倍光速行駛,誰給高鐵B動力?

肯定是高鐵A需要給高鐵B產生0.6倍光速的動力,但力的作用是相互的,那麼高鐵B一定會給高鐵A一個0.6倍的反向作用力,如此一來高鐵A的速度就不可能保持0.6倍光速!

有人會說地球會給高鐵A動力,但不要被地球的巨大嚇到,地球何嘗不是一輛巨大的“高鐵”呢?當速度足夠高時,高鐵A也會對地球運行速度產生明顯影響,因為當高鐵A越來越接近光速時,質量會越來越大,需要越來越多的能量推動它,這種無窮大的質量和能量當然會反作用於地球,地球甚至會被輕而易舉地推離原有軌道!


宇宙探索


其實核心是看參照物。

假如,我拿著手電筒,手電筒照射出光。

以照射出的光為參照物,那麼拿著手電筒的我就在光速運動



量子糾纏的速度是光速的四倍。

以一個手電筒上一個量子為參照物,那麼我的運動速度就是光速的四倍。


當然,提問者,你也可以在高鐵內舉著手電來思考我的回答哈。




再往深了想,我們腦子思維速度,只要一瞬間就可以從身邊到太陽,而光從太陽來我們身邊需要八分鐘,可見我們

自身的速度可以達到光速幾千倍是沒問題的。

不要說 思維是意識不是物質,如果這樣說,只能說你不懂科學。。。。


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