根据相对论,物体运动速度不能超越光速,如果两个飞船向相反的方向以光速飞行,那相互的速度是否超光速了呢?

ALuLLL


两个相反光速的飞船绝对不会超过光速的。

首先大家搞错了一个关键性问题,那就是飞船只能无限逼近光速,而不能达到光速,目前人类只发现光子这种物质可以达到光速,其他物质不可能达到光速,包括中微子在内,它只是速度更近接近光速。


要达到光速,那么这个粒子得静止质量必须为0,目前看来也只有光子可以达到这样的要求。

其实大家还有一个误解,总认为是爱因斯坦的相对论规定了光速是物质运动的极限速度。其实我在这里要给爱因斯坦澄清一下。


早在爱因斯坦之前几十年,麦克斯韦的电磁理论就预言了光速不变,之后还有迈克尔逊莫雷实验验证了光速不变。

也就是说,在狭义相对论之前,光速不变的问题已经是物理学上空的乌云了。只不过那时候科学家还没有人下定决心把光速不变作为公设而已。

在低速世界,也就是速度低于光速的10%(约为30000km/s)的时候属于牛顿力学的管辖范围,这时候物理学规律和中学课本学的没有较大冲突。

如果速度在三万公里每秒以上,那么物理学规律将更倾向遵守相对论。那么飞船的运动速度越快,其质量就越大,维持加速的能量就越大,只能无限逼近光速,而不能达到光速。

如果两个飞船反向而行,它们各自的速度为0.9c,那么其中一个飞船的相对速度就是1.8c(1.8倍光速)吗?

答案当然是不可能了,这种速度叠加原理是伽利略变换,如果速度在0.1c之上,那么就应该改用洛伦兹变换。

其中时间变换为t=t0/(1-v²/c²)½

所以这个时候一个飞船观察另一个飞船,其发现它的时间就变慢了。而时间就是度量速度的一个重要物理量,时间的变慢就确保观察者观察到另一个飞船的速度就不会突破光速了。


科学认识论


答:当然不是,如果那么容易就实现了超光速,那么光速不变原理还有和意义?


相对于地面参考系,两个光速飞行的物体相反飞行,它们之间的速度还是光速,这是洛伦兹变换的直接推论。

在1887年,物理学家迈克尔逊和莫雷两个人,做了一个震惊物理学的实验,称为迈克尔逊-莫雷实验:

根据经典力学对光的解释,光相对于一种名叫“以太”的东西恒速运动,以太参考系就是绝对参考系;地球本身存在自转,还绕着太阳公转,然后太阳又绕着银河系旋转。

按照这个思路,在地球上不同方向的光线,必定相对于地球参考系存在不同的速度,迈克尔逊-莫雷实验就是要精确测定不同方向的速度差,可实验结果却震惊了整个物理学。


因为该实验结果显示,无论在白天夜晚,还是春夏秋冬,向不同方向射出的光线,传播速度是完全一致的;该实验动摇了以太学说,光速不变的现象在很长一段时间内未得到合理解释。


其中荷兰物理学家洛伦兹,在1904年提出了洛伦兹变换,试图解释光速不变现象,但是他的解释没有脱离经典力学,所以没有揭示光速不变的本质。


直到1905年,爱因斯坦提出狭义相对论,以光速不变为理论前提之一,解释了迈克尔逊-莫雷实验的结果,也彻底推翻了以太学说。

狭义相对论的推论之一就是洛伦兹变换,洛伦兹变换描述的是不同参考系之间的速度叠加法则,与伽利略变换不同。


在伽利略变换中,两个0.6倍光速的物体相反运行,其相对速度就是0.6c+0.6c=1.2c;但是在洛伦兹变换中就变成了:

v=(0.6c+0.6c)/(1+0.6^2*c^2/c^2)≈0.88c;

对于两个相反方向,以光速飞行的物体,其相对速度变成:

v=(c+c)/(1+c^2/c^2)=c;

还是光速!与光速不变原理是相容的,毕竟洛伦兹变换就是狭义相对论的推论之一,题设问题也就得到了回答。


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艾伯史密斯


一百米跑道,博尔特和刘易斯分别站两头以10米/秒速度开始跑,五秒时跑到中间五十米处相遇,从相遇开始计算时间,5秒后他们各到跑道两边,他们的相对速度就是100米/5秒=20米/秒没错啊,但是人类一人百米记录还是没破不错啊,两束光同理,相对速度为什么不能2倍光速,别让相对论束缚你的认知,太阳光照地球八分钟,地球上发一束激光到太阳也是八分钟,中间四分钟时相遇,四分钟时间后,两束光分别到达地球和太阳,以他们此刻的距离和四分钟的时间计算,就是两倍光速没错,难道从它们相遇开始时间会变慢吗,四分钟变八分钟,如果这样,这两束光分别到地球太阳的时间就是12分钟,是速度慢了还是时间慢了,你们来帮我解答这个问题,别整些理论公式,我也看不懂,就回答这个问题,两束光从地球太阳距离中间相遇开始为时间距离起点,两束光分别到达地球和太阳为终点,求两束光相对速度,或求到达终点所需时间。


花开花寂2019


不用那么费劲,你就一直加速就能超过光速,真的!不要老拿相对论来说事,相对论就是错误的。它其中最重要的一条假设,“光速不变”就是错误的。光速不变是当时物理学著名的“两朵乌云”之一,这个结论是有迈克尔逊实验得出来的。迈克尔逊实验不是直接测量的光速,而是设计了一个光的干涉路径,用来测量以太是否存在的。由于地球绕着太阳以每秒30公里的速度运动,当时认为太阳是不动的,如果以太的绝对静止的,那地球相对于以太就有每秒30公里的速度,在地球上就会有每秒30公里的以太风。按照迈克尔逊实验的设计,就会观测到0.4个干涉条纹,而结果没有观测到光的干涉条纹。当时认为,这个结果只有两种情况:要么以太完全被地球所带动;要么光速不变。而爱因斯坦认为没有以太,光就在什么也没有的“真空”里传播,所以光速不变,并由此建立了狭义相对论。

但是后来,科学上已经发现了真空不是空的,真空是能量海的能量最低状态,也就是说真空就是物质。既然真空是物质,那光速不变也不可能成立了,相对论也就不成立了。

光速是物体运动的极限,是相对论的一个推论,也就没有成立的条件了。物体运动的速度是可以超光速的,何况两个相反的以光速运动的飞船呢?


先生242470081


并不会超光速,狭义相对论在这一点上早有推论。

比如两架速度都为0.7倍光速的飞船相反飞行,现在我们以其中一架飞船的角度,测量另一架飞船的速度是多少。按照常理来讲,测出的速度应该是1.4倍光速,但是按照狭义相对论的速度合成公式,这个结果应该是0.94倍光速。

下图为狭义相对论速度合成公式

至于这个合成公式的来源,并不是凭空而来,它的基础是洛伦兹变换,而洛伦兹变换可以从狭义相对论的两大基础:狭义相对性原理和光速不变原理得来。因此这些公式是经过严谨的数学手段得来的。

所以说,如果狭义相对论被证伪,那么也只能是它的两条基础原理出现了错误。

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赛先生科普


看了这么多回答,我觉得有必要先谈谈狭义相对论真正的要义和玄机所在。我的回答出引自美国物理学家格林一本有名的科普书《宇宙的结构》,就是《宇宙的琴弦》的作者,很多人可能都看过。他在里面对狭义相对论的描述,是我见过最通俗易懂也是最贴切的,刘慈欣曾经也说过,格林对狭义相对论的科普解释,是他见过最棒的。首先要明白,狭义相对论的革命性在于它将时间和空间统一起来,推翻了牛顿的绝对时间和绝对空间,提出了绝对时空的概念,时空是一体的,什么意思呢。比如你现在处在完全静止的状态,在时空角度下,你也在运动,只不过你的运动全部用来穿越时间而已。注意再体会一下,你的运动全部用来穿越时间而没有用来穿越丝毫空间。现在假如你动起来了,有了速度,你现在的运动既穿越时间,又穿越空间,你继续增加速度,继续加速,你能一直加上去吗?什么时候是个头?显然,当你速度越来越大时候,你的运动将几乎全部用来穿越空间,很少用来穿越时间,什么意思,就是在你的视角下,时间越来越慢,越来越慢,但是时间不可能停止下来。而如果将你的运动全部用来穿越空间,丝毫不用来穿越时间,这个时候的速度就是光速。所以知道为什么不能达到光速了吧,因为时间不可能停止。但是对光子来说,没有时间的概念,因为光子将运动全部用在了穿越空间上面。爱因斯坦曾说,光子没有年龄。所以大家知道光速为什么是宇宙极限速度了吧。光速就是一种将运动全部用在了穿越空间而不穿越时间的速度。所以所有的运动,如果要找一个参照物,这个参照物只能是绝对时空。在狭义相对论里面,如果你相对于绝对时空在穿越空间上静止,你就是真的静止,如果你相对于绝对时空在穿越空间上运动,你就是真的运动。我们习惯的一个物体相对于另一个物体的运动速率,比如两个相反方向运动速度相同的人,以其中一个人为参照,另一个人的离去速度是两倍速度,只是低速下的一种近似罢了。在高速的情况下,不是加法这么简单,但是可以用相对论的公式计算出来。讲到这里,大家应该不难明白,任何情况下,你,我,所有人穿越时间和穿越空间的合速度都精确的等于光速。所以对于不同空间运动速度的人,其穿越时间,也就是时钟的嘀嗒会不一样, 相当于大家都有自己的一个表,这个表的嘀嗒频率不尽相同,这就是狭义相对论。平常空间速度差异不大,所以时间嘀嗒可能相差几亿分之一妙,但是如果穿越空间的速度差异很大,时间上差异就会很大,狭义相对论现象就越明显。速率是什么?无非是经过的路程除以时间,但是现在,你以以狭义相对论的思维来思考一下,相对于绝对时空不同空间运动速度的人,对经过的空间路程和时间都有不一致的概念,此为相对;但是大家在时空中的穿越时间和空间的合速度又精确等于光速,此为绝对;爱因斯坦曾说,其实他更喜欢将狭义相对论称为绝对性原理,这个绝对就是绝对时空中大家都一样的合速度,光速,上帝狡猾但不恶毒,真实总是隐藏的很深,但是总有孤胆英雄式的人能窥破天机。大家要解放思想啊!回到这个问题,首先,飞船不可能达到光速,其次,如果相反运动方向的两个飞船速度接近光速,从某一个飞船的角度看,另一个飞船的相对速度也不会超过光速,因为这个时候相对速度的计算不再是简单的加法!


JuneWoo1


看了下面这么多解释,没有一个说到本质。

有的是胡说八道,有的是说不清楚。根本原因是对相对论的理解,只是在对公式的推导上,推来推去,当然说不清楚了。

简单的来举例说明:

当观测者看到,A物体以Ⅴ1速度向东行;B物体以V2速度向西行。认为A-B物体间的相对速度V=V1+V2,这个结论是错的。

1、当V1、V2远小于光速C,V=V1+V2近似成立;

2、当V1、V2增大至与光速等量级,Ⅴ=V1+V2则不成立;

3、光速在真空中传播速度不变,与参照系无关(假设观测者看到,某物体以99.9%光速飞行,在该物体上测得光速还是C);

4、只有光(电磁波)、电磁场、引力场(波)等,是以光速传播,任何有质量的物质不可能达到光速。

这就是相对论!


文化科学宗教探索者


1+1等于2,这是谁都知道的事情。如果光速不变也是这么个道理,那爱因斯坦就是个普通老百姓而不是科学家了。

狭义相对论之所有伟大,其中之一就是发现了光速不变、光速恒定的特性。这里要谈到两个公式,一个是伽利略变换,一个是洛伦兹变换。而光速理论适用的是洛伦兹变换。

前面所说的1+1等于2,就是伽利略变换,这个变换只适用于牛顿理论,也就是低速状态下的经典力学。

这个公式就是v=v1+v2。这里的v是叠加速度,v1是物体1的运行速度,v2是物体2的运行速度。我们在日常生活中和小学数学中经常要运用到这些常识,比如你女朋友从某城市开车向你老家来,每小时速度为100公里;你去接他每小时也是100公里,这样你两个人叠加速度就是200公里,如果总里程有1000公里,那么5个小时候你们就能在途中见面了。

但在高速惯性系中就不能这样算了,就必须采用洛伦兹变换公式,就是v=(v1+v2)/(1+v1v2/c^2)。

这个高速系就是接近光速运行。这个公式的前提是光速极限和光速不变。意思就是:这个宇宙中光速是最快的,任何有静止质量的物体都无法达到光速;在任何参照系和惯性系观测,光速都是不变的。

这样无论你的速度有多快,怎么叠加,都不可能达到光速,更不可能超过光速。现在网络上常有一些人不懂相对论,还硬要用生活中简单的常识和逻辑去反对相对论,认为只要坐在火车上往前面射手电筒,光速就超越了;或者2束手电光对射,相加就超过光速了。这就是使用了伽利略变换公式,是不适用的。

你要问为什么伽利略变换就不适用呢?为什么就非得用洛伦兹变换呢?这就是科学。

洛伦兹变换结合动量定理和质量守恒定律,可以得出狭义相对论的所有结论。 这是经过无数科学家100多年观测和精密实验得出的论证,根本没必要去怀疑。

但科学是允许并欢迎质疑和推翻的,如果你一定要怀疑或者不相信,就自己去做实验或者观察发现,拿出真正的数据证据来。否则就是异想天开胡说八道,就是民科或者反智反科学的愚昧之徒,愚昧了自己还想要蒙昧别人,实在可怜可悲。

时空通讯专注于老百姓通俗的科学话题,愿和大家一起来拒绝愚昧,启迪人生。


时空通讯


因为光速是不变的,这个大前提很多人都忽略,绝对不变的东西是不可以再相对化的,飞机绕着地球相对地球运动,但是可以与太阳相对静止,我们很难找到这架飞机真正的速度是多少,除非我们找到绝对静止的物质做参考,可惜不存在,你说那我们找光做参考啊,这时候问题来了,我们在运行中的高铁屁股后面射一束光,然后我们朝光方向300km/h的速度射出一个橡皮弹,此时问你这个橡皮弹的速度是多少,你说当然是300km/h咯,不对,橡皮弹受惯性的影响,所以被高铁反方向加速与正方向相减,速度相对地面是静止的,而光根本不会受惯性影响,因为光子静质量为0,光子运动不需要加速度直接就达到光速,所以高铁不会让光速减少300km/h,所以光速不会因为其它引力场改变,至少速度不会因为惯性系产生改变,因为它本身未从电场电子跃迁产生光子就是没有质量,一旦产生了光子就脱离了惯性系直接以光速运动,光质量为相对论质量,光是电磁波,它在辐射运动的时候是不连续的。

所以从高铁各个方向发出的光都是光速,这是不会变的,我们不能以光做参考系,除非我们达到了光速,那么我们自欺欺人的说我相对光静止,其实我们还是光速,所以光速相对光速还是光速。我们之所以不能以光做参考系,就是因为我们受惯性影响,很难真正的知道我们具有质量的物质真正的速度,只能用相对速度来定义我们具有质量且被惯性影响的物质。我想你的困扰差不多解决了,你可能未深刻理解经典力学的相对速度,不知道因为我们不能得知绝对速度而使用“相对速度”这个概念。


SeniorSOLO


很多人之所以不理解相对论,原因主要有一个,那就是在思考相对速度时,思考方式仍旧局限在牛顿的绝对时空观里,虽然他们自己不认为是绝对时空观的思考方式,但其实在不知不觉中就陷进去了!

问题就是一种典型的用绝对时空观去思考相对速度!牛顿的经典力学(绝对时空观)是相对论模型在低速宏观世界的完美近似值,而高速运动状态下不能把两个速度简单相加!

在低速世界(或者弱引力场)中伽利略变换(就是平我们上学时学的相对速度相加)是近似成立的,而在高速世界(强引力场)中必须用洛伦兹变换。

相对论表明,任何携带能量和信息的物体速度都不可能超过光速,即使是光速与光速叠加在一起(比如说问题中的描述)仍旧会是光速,而不是两倍光速!

洛伦兹变换的公式为:v=(v1+v2)/(1+v1v2/c^2),而伽利略变换的公式我们都知道v=v1+v2。

两个公式都不难理解,而洛伦兹变换的本质是“光速不变原理”。举个直白点的例子,静止的我(相对地球)看以光速飞行(假设)的你身上发出的光的速度仍旧会是光速,而不是两倍光速!

而如果你认为是两倍光速,只能说明一点,你还没有从绝对时空观中转变过来!


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