根據相對論,物體運動速度不能超越光速,如果兩個飛船向相反的方向以光速飛行,那相互的速度是否超光速了呢?

ALuLLL


答:當然不是,如果那麼容易就實現了超光速,那麼光速不變原理還有和意義?


相對於地面參考系,兩個光速飛行的物體相反飛行,它們之間的速度還是光速,這是洛倫茲變換的直接推論。

在1887年,物理學家邁克爾遜和莫雷兩個人,做了一個震驚物理學的實驗,稱為邁克爾遜-莫雷實驗:

根據經典力學對光的解釋,光相對於一種名叫“以太”的東西恆速運動,以太參考系就是絕對參考系;地球本身存在自轉,還繞著太陽公轉,然後太陽又繞著銀河系旋轉。

按照這個思路,在地球上不同方向的光線,必定相對於地球參考系存在不同的速度,邁克爾遜-莫雷實驗就是要精確測定不同方向的速度差,可實驗結果卻震驚了整個物理學。


因為該實驗結果顯示,無論在白天夜晚,還是春夏秋冬,向不同方向射出的光線,傳播速度是完全一致的;該實驗動搖了以太學說,光速不變的現象在很長一段時間內未得到合理解釋。


其中荷蘭物理學家洛倫茲,在1904年提出了洛倫茲變換,試圖解釋光速不變現象,但是他的解釋沒有脫離經典力學,所以沒有揭示光速不變的本質。


直到1905年,愛因斯坦提出狹義相對論,以光速不變為理論前提之一,解釋了邁克爾遜-莫雷實驗的結果,也徹底推翻了以太學說。

狹義相對論的推論之一就是洛倫茲變換,洛倫茲變換描述的是不同參考系之間的速度疊加法則,與伽利略變換不同。


在伽利略變換中,兩個0.6倍光速的物體相反運行,其相對速度就是0.6c+0.6c=1.2c;但是在洛倫茲變換中就變成了:

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

對於兩個相反方向,以光速飛行的物體,其相對速度變成:

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

還是光速!與光速不變原理是相容的,畢竟洛倫茲變換就是狹義相對論的推論之一,題設問題也就得到了回答。


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艾伯史密斯


一百米跑道,博爾特和劉易斯分別站兩頭以10米/秒速度開始跑,五秒時跑到中間五十米處相遇,從相遇開始計算時間,5秒後他們各到跑道兩邊,他們的相對速度就是100米/5秒=20米/秒沒錯啊,但是人類一人百米記錄還是沒破不錯啊,兩束光同理,相對速度為什麼不能2倍光速,別讓相對論束縛你的認知,太陽光照地球八分鐘,地球上發一束激光到太陽也是八分鐘,中間四分鐘時相遇,四分鐘時間後,兩束光分別到達地球和太陽,以他們此刻的距離和四分鐘的時間計算,就是兩倍光速沒錯,難道從它們相遇開始時間會變慢嗎,四分鐘變八分鐘,如果這樣,這兩束光分別到地球太陽的時間就是12分鐘,是速度慢了還是時間慢了,你們來幫我解答這個問題,別整些理論公式,我也看不懂,就回答這個問題,兩束光從地球太陽距離中間相遇開始為時間距離起點,兩束光分別到達地球和太陽為終點,求兩束光相對速度,或求到達終點所需時間。


花開花寂2019


看了這麼多回答,我覺得有必要先談談狹義相對論真正的要義和玄機所在。我的回答出引自美國物理學家格林一本有名的科普書《宇宙的結構》,就是《宇宙的琴絃》的作者,很多人可能都看過。他在裡面對狹義相對論的描述,是我見過最通俗易懂也是最貼切的,劉慈欣曾經也說過,格林對狹義相對論的科普解釋,是他見過最棒的。首先要明白,狹義相對論的革命性在於它將時間和空間統一起來,推翻了牛頓的絕對時間和絕對空間,提出了絕對時空的概念,時空是一體的,什麼意思呢。比如你現在處在完全靜止的狀態,在時空角度下,你也在運動,只不過你的運動全部用來穿越時間而已。注意再體會一下,你的運動全部用來穿越時間而沒有用來穿越絲毫空間。現在假如你動起來了,有了速度,你現在的運動既穿越時間,又穿越空間,你繼續增加速度,繼續加速,你能一直加上去嗎?什麼時候是個頭?顯然,當你速度越來越大時候,你的運動將幾乎全部用來穿越空間,很少用來穿越時間,什麼意思,就是在你的視角下,時間越來越慢,越來越慢,但是時間不可能停止下來。而如果將你的運動全部用來穿越空間,絲毫不用來穿越時間,這個時候的速度就是光速。所以知道為什麼不能達到光速了吧,因為時間不可能停止。但是對光子來說,沒有時間的概念,因為光子將運動全部用在了穿越空間上面。愛因斯坦曾說,光子沒有年齡。所以大家知道光速為什麼是宇宙極限速度了吧。光速就是一種將運動全部用在了穿越空間而不穿越時間的速度。所以所有的運動,如果要找一個參照物,這個參照物只能是絕對時空。在狹義相對論裡面,如果你相對於絕對時空在穿越空間上靜止,你就是真的靜止,如果你相對於絕對時空在穿越空間上運動,你就是真的運動。我們習慣的一個物體相對於另一個物體的運動速率,比如兩個相反方向運動速度相同的人,以其中一個人為參照,另一個人的離去速度是兩倍速度,只是低速下的一種近似罷了。在高速的情況下,不是加法這麼簡單,但是可以用相對論的公式計算出來。講到這裡,大家應該不難明白,任何情況下,你,我,所有人穿越時間和穿越空間的合速度都精確的等於光速。所以對於不同空間運動速度的人,其穿越時間,也就是時鐘的嘀嗒會不一樣, 相當於大家都有自己的一個表,這個錶的嘀嗒頻率不盡相同,這就是狹義相對論。平常空間速度差異不大,所以時間嘀嗒可能相差幾億分之一妙,但是如果穿越空間的速度差異很大,時間上差異就會很大,狹義相對論現象就越明顯。速率是什麼?無非是經過的路程除以時間,但是現在,你以以狹義相對論的思維來思考一下,相對於絕對時空不同空間運動速度的人,對經過的空間路程和時間都有不一致的概念,此為相對;但是大家在時空中的穿越時間和空間的合速度又精確等於光速,此為絕對;愛因斯坦曾說,其實他更喜歡將狹義相對論稱為絕對性原理,這個絕對就是絕對時空中大家都一樣的合速度,光速,上帝狡猾但不惡毒,真實總是隱藏的很深,但是總有孤膽英雄式的人能窺破天機。回到這個問題,首先,飛船不可能達到光速,其次,如果相反運動方向的兩個飛船速度接近光速,從某一個飛船的角度看,另一個飛船的相對速度也不會超過光速,因為這個時候相對速度的計算不再是簡單的加法!但是要明白一點,時空本身的膨脹,卻是可以超過光速,有興趣的可以看看暴漲宇宙學,這個假說目前是被認為最具希望的宇宙誕生學說,在宇宙誕生之初,經歷了幾次暴漲,時空瞬間擴大,肯定是超過光速。但是在時空內,物質,能量,信息的傳遞,光速是極限,因此狹義相對論是有前提的。


JuneWoo1


不用那麼費勁,你就一直加速就能超過光速,真的!不要老拿相對論來說事,相對論就是錯誤的。它其中最重要的一條假設,“光速不變”就是錯誤的。光速不變是當時物理學著名的“兩朵烏雲”之一,這個結論是有邁克爾遜實驗得出來的。邁克爾遜實驗不是直接測量的光速,而是設計了一個光的干涉路徑,用來測量以太是否存在的。由於地球繞著太陽以每秒30公里的速度運動,當時認為太陽是不動的,如果以太的絕對靜止的,那地球相對於以太就有每秒30公里的速度,在地球上就會有每秒30公里的以太風。按照邁克爾遜實驗的設計,就會觀測到0.4個干涉條紋,而結果沒有觀測到光的干涉條紋。當時認為,這個結果只有兩種情況:要麼以太完全被地球所帶動;要麼光速不變。而愛因斯坦認為沒有以太,光就在什麼也沒有的“真空”裡傳播,所以光速不變,並由此建立了狹義相對論。

但是後來,科學上已經發現了真空不是空的,真空是能量海的能量最低狀態,也就是說真空就是物質。既然真空是物質,那光速不變也不可能成立了,相對論也就不成立了。

光速是物體運動的極限,是相對論的一個推論,也就沒有成立的條件了。物體運動的速度是可以超光速的,何況兩個相反的以光速運動的飛船呢?


先生242470081


並不會超光速,狹義相對論在這一點上早有推論。

比如兩架速度都為0.7倍光速的飛船相反飛行,現在我們以其中一架飛船的角度,測量另一架飛船的速度是多少。按照常理來講,測出的速度應該是1.4倍光速,但是按照狹義相對論的速度合成公式,這個結果應該是0.94倍光速。

下圖為狹義相對論速度合成公式

至於這個合成公式的來源,並不是憑空而來,它的基礎是洛倫茲變換,而洛倫茲變換可以從狹義相對論的兩大基礎:狹義相對性原理和光速不變原理得來。因此這些公式是經過嚴謹的數學手段得來的。

所以說,如果狹義相對論被證偽,那麼也只能是它的兩條基礎原理出現了錯誤。

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賽先生科普


兩個相反光速的飛船絕對不會超過光速的。

首先大家搞錯了一個關鍵性問題,那就是飛船隻能無限逼近光速,而不能達到光速,目前人類只發現光子這種物質可以達到光速,其他物質不可能達到光速,包括中微子在內,它只是速度更近接近光速。

要達到光速,那麼這個粒子得靜止質量必須為0,目前看來也只有光子可以達到這樣的要求。

其實大家還有一個誤解,總認為是愛因斯坦的相對論規定了光速是物質運動的極限速度。其實我在這裡要給愛因斯坦澄清一下。



早在愛因斯坦之前幾十年,麥克斯韋的電磁理論就預言了光速不變,之後還有邁克爾遜莫雷實驗驗證了光速不變。

也就是說,在狹義相對論之前,光速不變的問題已經是物理學上空的烏雲了。只不過那時候科學家還沒有人下定決心把光速不變作為公設而已。


在低速世界,也就是速度低於光速的10%(約為30000km/s)的時候屬於牛頓力學的管轄範圍,這時候物理學規律和中學課本學的沒有較大沖突。

如果速度在三萬公里每秒以上,那麼物理學規律將更傾向遵守相對論。那麼飛船的運動速度越快,其質量就越大,維持加速的能量就越大,只能無限逼近光速,而不能達到光速。

如果兩個飛船反向而行,它們各自的速度為0.9c,那麼其中一個飛船的相對速度就是1.8c(1.8倍光速)嗎?

答案當然是不可能了,這種速度疊加原理是伽利略變換,如果速度在0.1c之上,那麼就應該改用洛倫茲變換。


其中時間變換為t=t0/(1-v²/c²)½

所以這個時候一個飛船觀察另一個飛船,其發現它的時間就變慢了。而時間就是度量速度的一個重要物理量,時間的變慢就確保觀察者觀察到另一個飛船的速度就不會突破光速了。


科學認識論


看了下面這麼多解釋,沒有一個說到本質。

有的是胡說八道,有的是說不清楚。根本原因是對相對論的理解,只是在對公式的推導上,推來推去,當然說不清楚了。

簡單的來舉例說明:

當觀測者看到,A物體以Ⅴ1速度向東行;B物體以V2速度向西行。認為A-B物體間的相對速度V=V1+V2,這個結論是錯的。

1、當V1、V2遠小於光速C,V=V1+V2近似成立;

2、當V1、V2增大至與光速等量級,Ⅴ=V1+V2則不成立;

3、光速在真空中傳播速度不變,與參照系無關(假設觀測者看到,某物體以99.9%光速飛行,在該物體上測得光速還是C);

4、只有光(電磁波)、電磁場、引力場(波)等,是以光速傳播,任何有質量的物質不可能達到光速。

這就是相對論!


文化科學宗教探索者


因為光速是不變的,這個大前提很多人都忽略,絕對不變的東西是不可以再相對化的,飛機繞著地球相對地球運動,但是可以與太陽相對靜止,我們很難找到這架飛機真正的速度是多少,除非我們找到絕對靜止的物質做參考,可惜不存在,你說那我們找光做參考啊,這時候問題來了,我們在運行中的高鐵屁股後面射一束光,然後我們朝光方向300km/h的速度射出一個橡皮彈,此時問你這個橡皮彈的速度是多少,你說當然是300km/h咯,不對,橡皮彈受慣性的影響,所以被高鐵反方向加速與正方向相減,速度相對地面是靜止的,而光根本不會受慣性影響,因為光子靜質量為0,光子運動不需要加速度直接就達到光速,所以高鐵不會讓光速減少300km/h,所以光速不會因為其它引力場改變,至少速度不會因為慣性系產生改變,因為它本身未從電場電子躍遷產生光子就是沒有質量,一旦產生了光子就脫離了慣性系直接以光速運動,光質量為相對論質量,光是電磁波,它在輻射運動的時候是不連續的。

所以從高鐵各個方向發出的光都是光速,這是不會變的,我們不能以光做參考系,除非我們達到了光速,那麼我們自欺欺人的說我相對光靜止,其實我們還是光速,所以光速相對光速還是光速。我們之所以不能以光做參考系,就是因為我們受慣性影響,很難真正的知道我們具有質量的物質真正的速度,只能用相對速度來定義我們具有質量且被慣性影響的物質。我想你的困擾差不多解決了,你可能未深刻理解經典力學的相對速度,不知道因為我們不能得知絕對速度而使用“相對速度”這個概念。


用戶5508374261


愛因斯坦的相對論是錯誤的,不要迷信相對論。狹義相對論認為速度越快時間就越慢,假設B快速的飛離A,那麼B的時間就比A慢。那問題就來了,因為速度是相對的,也可以認為是A快速的飛離B,那麼A的時間就比B慢。B比A慢,A比B慢,那A和B的時間還是一樣的,沒有誰快誰慢。

時間確實不是絕對的,是相對的。但是認為速度能改變時間是錯誤的,速度無論高低都是屬於某個慣性系。任何慣性糸都是均等的,對於時間屬性是一樣的。如果認為不同慣性系在時間屬性上有區別,那麼慣性系就有特質了,而且會有一維的線性分佈,那麼宇宙中就存在一個絕對靜止的慣性系,這顯然是錯誤的。

速度並沒有那麼神奇以致可以改變時間,任何速度都只是個普通的慣性系,在時間上無特別之處。能產生時間變化的是維度,維度越高時間越慢,就好比微觀世界的時間過的快而宏觀世界的時間過的慢。在一個更高維度的時空裡,我們的整個宇宙也許就是一次量子漲落,整個宇宙只不過是一個粒子,宇宙從產生到消亡只有不到一秒的時間。


秦宇情


很多人之所以不理解相對論,原因主要有一個,那就是在思考相對速度時,思考方式仍舊侷限在牛頓的絕對時空觀裡,雖然他們自己不認為是絕對時空觀的思考方式,但其實在不知不覺中就陷進去了!

問題就是一種典型的用絕對時空觀去思考相對速度!牛頓的經典力學(絕對時空觀)是相對論模型在低速宏觀世界的完美近似值,而高速運動狀態下不能把兩個速度簡單相加!

在低速世界(或者弱引力場)中伽利略變換(就是平我們上學時學的相對速度相加)是近似成立的,而在高速世界(強引力場)中必須用洛倫茲變換。

相對論表明,任何攜帶能量和信息的物體速度都不可能超過光速,即使是光速與光速疊加在一起(比如說問題中的描述)仍舊會是光速,而不是兩倍光速!

洛倫茲變換的公式為:v=(v1+v2)/(1+v1v2/c^2),而伽利略變換的公式我們都知道v=v1+v2。

兩個公式都不難理解,而洛倫茲變換的本質是“光速不變原理”。舉個直白點的例子,靜止的我(相對地球)看以光速飛行(假設)的你身上發出的光的速度仍舊會是光速,而不是兩倍光速!

而如果你認為是兩倍光速,只能說明一點,你還沒有從絕對時空觀中轉變過來!


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