陈辰dear

在宏观的低速宇宙中，牛顿的理论是成立的。一个小孩在列车中奔跑是可以超过列车的速度的。但在高速宇宙中，爱因斯坦的相对论指出：质点速度越接近光速质点所处的时间就会越慢。所以一个物体的速度越来越快一直打到光速的时候，时间就会停止。这个时候，无论你的速度是有多么的快，你的位移始终是零。

举个例子，超音速飞机的飞行员在突破音障之后就听不到声音了，只能用无线电交流了。但如果一个物体打到了光速，可想而知，这个物体看到的一切事物只能是静止的，如果一个物体超过了光速，那么他的眼前就会一片漆黑，因为他身边的物体反射出的光线都追不上他的速度。我们可以仿照音障的说法把它叫做光障。根据狭义相对论中的洛伦兹变换，当超过光速的时候，洛伦兹变换会失去实测性的意义，所以认为“超光速时时间会倒流”是完全错误的，任何超光速的概念，或者不代表任何实体性的运动，或者本身就没有任何物理意义。物理学是一门实践科学，只认实践，不认任何想当然，所以光障是无法突破的。

假如这一辆列车上面有一个铯原子钟，在1967年举行的第13届国际计量大会决定，铯原子Cs133基态的两个超精细能级间迁跃辐射震荡9192631770周所持续的时间为1秒，这一个原子钟的速度越接近光速，那么这个原子钟的震动轨迹就会被速度越拉越直，直到宇宙极限速度——光速，这条运动轨迹就会被拉直，时间就会停止。所以这个小孩永远超不过光速。

Mirzam

只要对相对论稍稍有些了解的人就会知道，爱因斯坦给出的相对论不允许物质的速度超过光速。因为物体的质量会随速度的增大而增大，若是物体的速度达到了光速，物体的质量将会达到无穷大，这需要无穷大的能量，显然这是不可能的。

于是有人设计了很多方案去创造超光速，进而想推翻相对论。这些方案五花八门，常见的有这样两种，一种是有一根长一光年的棍子，从这头推一下棍子或者晃一下棍子，棍子的另一头会不会马上动？另一种是在以光速或接近光速行驶的列车上，一个人向前奔跑，问人会不会超光速？

这些问题的答案非常明确：不会。100多年来相对论经历了各种检验，不是一个想当然的“思想实验”就能推翻的。刚才的例子中为什么不会出现超光速呢？

先说第一种。棍子是由原子、分子组成的，从棍子的这一端推棍子，能量会传递到另一端使得另一端也跟着移动。推动棍子时会使原子、分子间的距离周期性地变化，这实际上就是产生了机械波，推动棍子的信号就是以机械波的方式向前传递的。声音就是靠机械波传递的，机械波在介质中的传播速度和声音在介质中的传播速度一样，声速一般只有几百米每秒至几千米每秒，远远小于光速。推动棍子或者晃动棍子都不可能使物质、能量、信息超过光速。

第二种情况涉及到洛伦兹变换。在经典力学中，车以速度V1向前行驶，人在车中以速度V2相对于车厢向前运动，这样人相对于地面的速度就是V1+V2。这是速度的伽利略变换，这在经典力学中是天经地义的，简直无需证明。不过这里涉及到两个参考系，从这个参考系跨越到另一个参考系，伽利略变换只是低速时的近似，高速时差别就会显示出来。从这个参考系到另一个参考系

相对论是现代物理学的基础，已经不可能被推翻，不懂相对论不要紧，但不要动不动就“推翻”相对论。

刁博

首先，给你一个明确的回答：不能！

你的问题实际上就是，假设一列火车以速度v沿直线前进，一个小孩在车厢里以速度w奔跑，求小孩相对于地面的速度w1。

对于这类问题，无论在任何速度下，多数人都会习惯性地按照伽利略变换来理解，也就是小孩相对于地面的速度，等于列车的速度与小孩奔跑速度之和。

列为等式就是w1=v±w（v和w之间取+号还是-号，取决于小孩奔跑方向与列车同向还是反向）。

在你的假设中，小孩是与列车同向奔跑的，所以取+号，等式为w1=v+w。

那么w1显然大于v，如果v=光速，则w1也大于光速，因此小孩奔跑的速度超过了光速。

对于相对速度，这是最容易被人接受的理解方式，但这种理解方式是错的，相对速度不能以w1=v±w这种方式来理解。

且不说光速，即便列车是正常的速度，这种理解方式也同样是错误的。

就拿普通的火车来说：

一列火车以时速100公里匀速行驶，小猪佩奇在车厢内以1公里的时速与火车同向奔跑，那么佩奇相对于地面的速度是多少？

通常来说，正确答案是101公里，这几乎毫无疑问。

但严格来说101公里并不准确，准确答案应该是大于100公里，小于101公里。

只不过，在这种“龟速”的情况下，佩奇的相对速度会无限接近101公里，误差小到可以完全忽略而已。

这里的误差是由于光线的传播时间导致的，因此车速远低于光速时可以忽略不计，但车速趋近于光速时，这个误差就不容忽视了。

这个问题要讲清楚很复杂，但要大致理解其实也很简单。

首先思考一下：速度的本质是什么？

是时间与空间的关系。

也就是物体在一段时间内发生的空间位置的变化——通俗来说，就是小猪佩奇在1点01分位于A点；1点02分位于F点，而A和F之间的距离为16.5米，我们就说佩奇的行进速度为每分钟16.5米（不要纠结佩奇走得太慢，这不重要），换算过来就是时速约1公里。

那么，佩奇从A点走到F点所消耗时间是如何体现出来的呢？

显而易见，是由光线的传播体现出来的。

1点01分，我们看见了佩奇从A点反射出来的光；1点02分，我们看见了佩奇从F点反射出来的光；其间我们还先后看见了佩奇经过B、C、D、E点时反射出来的光，所以我们得出了佩奇从A点走到了B点花了1分钟的结论。这个不难理解，对吧。

可是别忘了，光线传播是需要时间的——在佩奇看来，它在1点02分已经到达了F点，但是它从F点反射出来的光，要经过一段时间才能传播到我们的眼睛里，所以我们看见它位于F点时，严格来说已经不是1点02分了。这也不难理解，对吧。

反过来说，在1点02分时，虽然佩奇已经到达了F点，可是我们还没有看到佩奇从F点反射出来的光，所以对我们而言，此时的佩奇并不位于F点。这就表示在我们眼里，佩奇这1分钟其实并没有前进16.5米，换言之，对于我们而言，佩奇的速度是低于每分钟16.5米的！

明白了吗？由于光的传播速度有限，我们看见佩奇行走的距离，会小于车厢里的人看见佩奇行走的距离。

只不过，由于光速很快，在正常情况下，这种差异根本无法察觉而已。但无法察觉并不表示它不存在，当车速接近光速之后，这种差异就非常明显了。

按照相对性原理，列车的速度有多快，就表示我们相对于列车的速度也有多快。

列车低速行驶，我们相对于列车也是低速运动；列车高速行驶，我们相对于列车也是高速运动。

所以当列车低速行驶时，光线在追赶一个低速运动的我们；当列车高速行驶时，光线在以同样的速度追赶一个高速运动的我们。以相同的速度去追一个“跑”得更快的人自然耗时更长。

由此可见，同样在1点02分，我们看到的情况是，低速列车上的佩奇，比高速列车上的佩奇更接近F点。因为从低速列车上传出来的光线会更早地追上我们。

换一种方式来表达：同样是1分钟的时间，低速列车上的佩奇移动了更长的一段距离。

看见了吗？列车的速度越快，对于我们而言，佩奇在1分钟内移动的距离就越短，也就是说，列车的速度越快，它的速度就越慢。

而列车如果趋近于光速，佩奇的速度也就趋近于0了；如果列车完全达到了光速，则佩奇的速度为0。因此，在光速列车中奔跑的佩奇，相对于我们而言奔跑速度为0。

0+光速=光速，所以即使佩奇能在光速列车上奔跑，相对于我们，他的奔跑速度仍然是光速。

实际上，光的传播速度所以产生的影响并不仅仅限于时间上差异，还包括空间的差异、距离的差异。这也就是在高速状态下，必须利用洛伦兹变换来解释相对速度的原因：

洛伦兹变换和伽利略变换唯一的区别，就在于洛伦兹变换包含了光的传播定律，而速度接近光速后，光的传播速度所带来的影响是不容忽略的。

科学矩阵

关于这个问题，一定要摒弃掉牛顿力学框架下的速度叠加的思想。那具体咋回事呢？

这要从伽利略说起，伽利略曾经提出过一个叫做“伽利略变换”的理论，试想一下，如果你坐在一艘封闭的船里面，而且船开得很平稳，其实你在船里是感受不到的船是不是在动的。比较常见的场景就是在高铁上，如果你旁边有一辆高铁，你在另一辆高铁上，有一辆高铁动了，你能感觉到到底是谁动了么？其实你不太能，这其实就是“运动的相对性”造成的。而牛顿其实把“伽利略变换”纳入到了自己的理论体系当中。所以，我们在使用牛顿理论时，常常会这么用。

假设，有一辆汽车，你在汽车里面走，

如果在车子上，看你的运动，那就是5m/s，如果是站在地面上的观察者，你的速度就是10+5=15m/s，看上去好像没啥太大问题对不对？

而且牛顿的理论特别厉害，还能预测行星的位置。可是，过了大概150年，有个叫做麦克斯韦的科学家，提出了麦克斯韦方程。

看不懂，不要紧。你只需要知道一点，那就是麦克斯韦方程预言了电磁波的存在，并且光是一种电磁波，这后来还被赫兹所证明。不过，最让人无奈是，麦克斯韦方程导出的光速c是一个固定值。具体来说，就是光速竟然在任何参考系下速度都是一致的。还回到刚才的例子，如果车里不是你在运动，而是你拿着手电筒射出一道光，你和地面上的观察其实看到的都是光速c。但是在牛顿的理论中，地面观测者看到的速度应该是v=c+5。

这就使得牛顿理论和麦克斯韦的电磁理论矛盾，可问题是，牛顿理论十分坚实，而麦克斯韦方程也解决了电磁理论中的问题，科学家不觉得他们当中有任何一个错了。

那咋办呢？科学家开始左右逢源，提出了一个叫做“以太”的东西，他们认为光是在以太中传播的，而以太是跟着地球在运动的。所以，我们无论咋看，光速都是c。其实也不能怪科学家想到这个，因为在那个时代，光被认为是一种波。水波也是一种波，水传递需要介质，而光传播应该也需要介质，所以他们就认为是“以太”。后来，科学家们开始找“以太”，可是，万万没想到，几个大型试验下来，其中就包括迈克尔孙莫雷实验，都证明了“以太”是不存在的。这就让科学家们很尴尬了。

那接下来改办呢？26岁的爱因斯坦横空出世，开始和稀泥。

具体咋玩的呢？他把“伽利略变换”和“光速在任何惯性系下速度不变”作为自己理论的基本假设，提出了著名的狭义相对论。这是1905年提出来的，这一年被叫做爱因斯坦奇迹，他还提出了好几个开创性的理论。

那爱因斯坦的狭义相对论和牛顿的理论不同之处在哪呢？还拿刚才那个小车来举例子。

从地面观测者的角度来看，车子上的人的速度就是10+5=15m/s

但是在爱因斯坦的体系中，速度并不是纯粹的叠加，而是下面这样：

如果你仔细带进去算一算，会发现，速度约等于15m/s，只是在小数点15位会有个微小的差异。所以，其实在宏观低速下，牛顿的理论是爱因斯坦狭义相对论的近似解。这也就是为什么我们现在还要学牛顿理论的原因，因为它在宏观低速下还是十分精确的。

那我们在来思考一下，如果车上的人就是那个小孩，而这时候车子以光速在运动（这里补充一点，实际上车子是有静止质量的，所以车子是不可能达到光速的，或者说如果要让车子达到光速，那所需要能量将是无穷大。）

那结果会是什么呢？

其实牛顿的理论，地面观察者看到的小孩速度就是c+5

而爱因斯坦的理论，地面观测者看到的小孩速度其实还是：c，也就是说地面观测者看到的其实还是光速。刚才也说到了，麦克斯韦方程给出的光速在任意惯性系下都是光速，而且实验也证明了“以太”不存在，其次爱因斯坦的狭义相对论其实后来在得到了证明，比如：μ子实验，和原子钟实验。因此，爱因斯坦的理论成为了目前的主流理论。

钟铭聊科学

如果一个物体在太空中以每秒几十公里的速度运动的话，其并不会受到多大的影响。其感受到的阻力很小。因此，我们的地球🌍已经围绕着太阳🌞公转了四十五亿年，其轨道仍然没有发生显著的变化。

然而，如果一颗小行星坠入地球的话，其会因为高速运动，引起与空气中气体分子的摩擦而生热，产生燃烧🔥现象。这就是我们在地面上看到的流星🌠及其生成的原因。

如果我们再进一步思考🤔，当一个人从高空跌落到水中的情形时，这个人会受到水的极大阻力。而且，速度越大，水分子对人体的阻碍就越大。于是，在高速的情况下，人也会被作为液体的水摔死的。

这就是为什么，人可以借助于摩托艇🛥️进行赤脚🦶划水运动的原因。速度可以使由离散的粒子构成的空间即物理背景变“硬”。面对高速的运动，无规运动的空间粒子被固化了。因为，它们没有时间和机会，避免与高速物体的碰撞💥。

综上所述，只要作为物理背景的空间存在，物体的运动就不再是自由的了，其必然会受到空间的影响与束缚。

于是，小孩🧒能否在光速列车🚄上自由行走，取决于是否存在着影响物体运动的物理背景。

于是，该问题转化为，在真空的情况下，是否还有由更小粒子构成的物理背景，即是否存在着更为基本的物理空间？

这一答案是肯定的。

从哲学上来说，绝对的虚无是不可想象的，其只是作为现实世界的对立概念而被提出的，绝对的虚无并无任何实际的物理意义。

从物理的角度而言，有许多物理现象只有借助于离散的物理背景，才是可以被理解的。比如，所有的微观粒子都具有波动性，不存在绝对静止的粒子；

比如，存在着非接触的远程力，即存在着万有引力和电磁力🧲。

比如，原子的体积仅只是由电子高速运动产生的屏蔽效应所形成的封闭体系，其内部的绝大部分空间都是“空”的。

比如，光速具有不变性，说明光子的能量形式主要是势能而不是动能。这一方面说明光子的质量很小，另一方面也意味着外部空间的存在。否则的话，势能就无从产生。

比如，为了避免能量的连续性所导致的紫外灾变，要求在我们的宇宙中存在着不可再分的最小粒子，从而使能量具有最小的结构单元，即存在着量纲为粒子角动量的普朗克常数h。

上述这些现象都集中地指向了一点，即存在着由最小粒子构成的物理背景，存在着量子空间。由最小粒子构成的量子空间，相对于水和空气来说，有两个突出的特点。

其一是作为最小粒子的量子，其质量和体积都远小于水分子和气体分子，因而对低速运动的宏观物体影响不大。这就是为什么，地球得以长期围绕着太阳运行的原因。

其二是具有最大的广泛性，宇宙中的所有物体都不可避免地会受到量子空间的影响与束缚。离散的量子是宇宙中最为基本的存在形式，而其他的物体则仅只是在量子海（空间）中所漂泊的泡沫。

所以，任何物体的运动都无法达到光速，它们都会在达到光速之前被量子空间撕碎，还原为光子。

所以，即便是火车能够达到光速，车中的小孩也会类似高空入水那样被量子空间挤死；即便是该小孩在光速列车中还能安然无恙，其也会因受到量子空间的束缚而动弹不得。

淡漠乾坤

不要受相对论的影响，按经典力学时空观去思考就可以了！

两个悖论!

狭相一一车轮悖论！ 比如说，大地上跑着一列火车。火车(设为A惯性系)、大地(设为B惯性系)。再假设火车速度为0.5C(C为光速，C＝300000000m/s)。火车每个车轮周长为1.5m。火车上有一个10ns(纳秒)钟，每10ns，该钟指针转一圈。 如按牛顿力学:无论对于A系（火车）或B系（大地）：每过10ns，钟(指针)与车轮都同转一圈，按车轮周长算:火车向前行走1.5m。也就是火车速度都是0.5C，无问题。 可是，假如按照狭义相对论，对A系观察者速度无问题(V=0.5C)，而对B系观察者:按照相对时间公式计算，对于B系（大地）观察者：自己时间每过11.547ns，火车上的钟(指针)与车轮才能转一圈（对B系观察者:A系时间慢，A系钟只能走10ns），由于实际车轮1.5m的周长限制，火车在11.547ns(B系时间)时间内，最多走1.5m。而1.5m除以11.547ns，这速度不等于而是小于0.5C（1.5m/10ns＝0.5C）了，速度对不上帐了！这就等于对狭相公式构成悖论！

总结：狭义相对论说，对于B系（大地）观察者来说，对方（A系）的时间慢了，既A系上的10纳秒钟(指针)与车轮都转的慢了，导致对于B系观察者，火车速度与原假设的0.5C速度对不上账了。可由此判定:狭义相对论错误!

注：

1、按狭相，对于观察者来讲算速度，要用各自的静长度和本征时！如对大地上的观察者，光在大地上每秒走30万公里；而对火车上的观察者，光在火车上每秒走30万公里！各自用静长度和本征时，算速度！这里的静长，指观察者其自己所在惯性系的空间长度！

2、如果换低速问题一样存在，只是速度差的小而已!

广相一一高山悖论!

设:在净高为3000米的高山上，修一个恒温恒压室，一个风扇在该室内。在山脚下修一个大型恒温恒压车间，发电机在该车间里发电。可用超导电缆(现在已有生产的了)连接发电机与风扇。恒温恒压室、恒温恒压车间、超导电缆所用电能由其他电源提供!该发电机发出的电能，带动风扇不停的转动。为了简化分析，假设电路工作在串联谐振条件下。

根据电工学:

Pt(风扇消耗)+Pt(线路损耗)=Pt(发电机发出)，t(时间)必须相等，否则公式不成立!

可以把线损电阻看成负载的一部分：

T（P1+P2）=TP3

说明，P1为风扇功率，P2为线损功率，P3为发电机输出功率！串联回路，电流相同，输出电压=含线路电阻的负载电压，等号两边功率必然相等（P=UI）！这样时间也必须相等，否则公式不成立！

T（P1+P2）=TP3，公式可以分开写：TP1+TP2=TP3，各时间差也必须相等！

按照广相，发电机(低海拔)时间慢，电风扇(高海拨)时间快，那么上述公式就不成立了！所以说广相违背了电能公式！电能公式是应用公式，这样错的只能是广相！

注:

1、电流:是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量。如果高、低处时间不等，岂不违反串联电路，电流相同的原则。

2、基尔霍夫第一定律，流入某一网络(或节点)的电流和，等于流出该网络(或节点)的电流和!

3、电风扇也可换为发热纯电阻或电灯。

4、发电机、风扇的位置也可以互换分析！

香烟飘渺35

我的答案：若以车内空间为参照系，则一定不能；若以车外空间为参照系，则一定能。

物理领域是最讲理的地方。所有科学人都信奉同一个座右铭：我爱我师，但我更爱真理。

以下的物理新视野，将抽丝剥茧，层层剖析，力求以最通俗的说法，解释有关理论。

本题的背景：科普不能强词夺理

本题有很多版本，有人用洛伦兹变换(γ=1/√(1-v²/c²))与质增效应m=m₀γ来耍横，回避问题的要害，这不是科学态度。

本题缺少一个关键条件：小孩在光速列车上奔跑的速度应该以什么参照系为测量基准。

当然，也可以善意理解为，题主默省的参照系是光速列车下面的铁轨，或者是地面观察者。

本题的关键：参照系准则是常识

物理学是基于科学实证主义的用动力学参量关系揭示物质结构与运动规律的基础科学。

动力学参量都必须以参照系为测量基准，这是物理基本常识，也是本题探讨的关键。

质量(m)以原子质量单位为基准(AMU)。能量(E)与速度(v)以零点参照系S(0,0,0,0)为基准。

不同参照系对应不同速度。列车上乘客奔走速度取决于参照系速度，至少有三种情况：

① 以列车为零点参照系，

列车速度v₁=0，乘客奔走速度v₂=5m/s，即实付体能的速度。此时，乘客动能=实付体能，服从能量守恒定律。

② 以地面为零点参照系，

列车速度v₁=50m/s，乘客奔走速度v₂=50+5 =55m/s，乘客动能=实付体能+列车实付化学能<

③ 以太阳为零点参照系

列车速度=(自身速度+自转速度)+绕日速度。假设自转速度⊥公转速度，则列车速度不排除有

v₁=√((466+50)²+30000²)

≈√(0.26×10⁶+9×10⁸)=1000√900.26

≈30000.0043[m/s]

乘客奔走的速度，也不排除有：

v₂=30000.0043+5=30005.0043[m/s]

以此类推，如果以银心为零点参照系，乘客速度叠加到超过250005 [m/s]。

大家想想，就乘客实付体能，或者说，就能量守恒定律而言，只有以与乘客最贴近的介质为零点参照系，奔走速度才有实际意义。

参照系服从能量守恒的原则，叫“最近原则closest principle”，是选择参照系的基本准则，简称“选参准则”。

事实上，在应用物理领域，在工程技术界，我们一律采用最近原则下的零点参照系，一律服从能量或质量或动量守恒与转换定律。

零点参照系S(0,0,0,0)也叫绝对参照系，是大道至简的参照系。非零点参照系S(x,y,z,t)也叫相对参照系，是自找麻烦的参照系。

零点参照系的理由

不管人们是否心知肚明意识到零点参照系，大量事实一直在告诉我们参照系准则，如：

乘客随车一同运动，乘客作为子系统，如同车上的座椅，车内空间就是乘客的零点参照系。

电子是原子的子系统，原子空间是核外电子的零点参照系。电子绕核运动速度则以原子内空间为测量基准。

高超音速导弹，作为地球系统的子系统，地球空间是测量该导弹速度的零点参照系。没有谁会愚蠢到要以太阳质心为零点参照系。

空气分子介质，是本地空气的子系统。本地空间，是测量空气分子运动速度或声波速度的零点参照系。

导体电子介质是导体的子系统。导体空间，是测量金属原子电子之间偏转推压的机械波速度或电流速度(约2500km/s)的零点参照系。

钢轨原子晶体，是钢轨介质的子系统。钢轨空间，是测量钢轨声波速度的零点参照系。当然也同时伴随光学支的电磁波。

真空场介质，是本地空间的子系统。本地空间或本地光子，是测量场介质波动(或电磁波)速度与频率的零点参照系。

汽车灯光，是本地空气的子系统，本地空间或本地光子，是测量灯光速度的零点参照系。空气介质阻碍场介质波动，故灯光速度≠c。

通过上述几个典型案例，可以得出零点参照系或绝对参照系的判断准则：

测量实介质与场介质的运动速度，皆以“本地空间”或者“所在空间”作为零点参照系。

本地空间或本地光子涉及电磁波发生机制与传播方式，先介绍基本范畴，再做深入探讨。

基本范畴：介质、密度、量子、空间

物质，是不同介质(实介质与场介质)之间相辅相成的总和，是物理学研究的基本对象。

介质，是承载密度的载体，是质量、能量、引力、压强、电荷、场效应(或波参量)的载体。

密度，是特定空间分布的平均指标，如质密度、能密度、概率密度、电荷密度。

空间，是存储与承载介质的范围。由于空间承载了“力·压·质·能·频·电·磁·波”等场效应，就相当于：空间≡真空介质≡场介质。

实介质，是高密度与离散性的粒子或天体，如亚原子，有基元性的电子与复合性的核子。

场介质，是低密度与连续性的空间或真空，如地球空间(地球的运动空间)。原子空间(核外电子震荡空间)。核子空间(核内电子震荡空间)。

量子化，是把实介质拓扑为质点激元，把场介质拓扑为波节激元，揭示二者的对应关系。波节，是正弦波的基本单元。

激元 (exciton)≡量子，是挤压与扰动空间而激发介质波的单元，是量子力学的核心理念。

量子方法论=质点激元化+波节激元化。如，空气可以通过分子激元与声子激元传播机械波。

实量子

场量子，是可近似处理为波节的场介质单元或虚粒子。因电子自旋激发的场量子叫引力子，对应的是引力波。因电子旋进激发的场量子叫光子，对应的是电磁波与机械波。

最近参照系：本地空间、本地光子

动量学原理，最终要归结于到空间的本质。尤其，如何确定实体边界层，这是头疼问题。这涉及量子密度与场效应等关键参量。

介质都有自己的本征边界。高密度介质总会向低密度介质发散而趋于某种动态平衡。

实介质的运动挤压空间并激发场介质，所传播的

理论上的“场与波的边界在无穷远处”很无聊。物理最忌讳莫须有的无穷大与无穷小。

事实上：地球引力场边界不过拉格朗日平衡带；地球辐射场边界不过背景微波辐射带。

定义1：把实介质激发场效应的有效空间叫本地空间 (space in place)，并作为测量实量子的零点参照系 (zero reference sytem)。

定义2：把本地空间所承载的有效波节，叫本地光子 (photon in place)，并作为测量场量子的零点参照系。

在离地3.6万千米的地球辐射带，作为同步卫星轨道，卫星绕轨速度3.2千米/秒，该速度的零点参照系，就是地球的本地空间。

在核子53皮米的电子运动轨道，电子的绕轨速度约2200千米/秒，该速度的零点参照系，就是电子所在原子内部的本地空间。

原子附近的原子光谱传播速度，其零点参照系，就是该原子的本地空间或本地光子。

驾驶室里苍蝇的飞行速度，是以驾驶室本地空间为零点参照系，不能以室外空间为参照系。

怎样正确理解“光速不变原理”？

任何原理，都有特定的适用条件。但是，光速不变原理，不能用洛伦兹变换因子来解释。

其一，速度因参照系而变。经典速度基于零点参照系，即基于本地空间或本地光子。

其二，光子不是光源发射出来的，而是光源自身运动，挤压与扰动空间所激发的场效应。

其三，洛伦兹变换因子的推导，其前提条件是假设光子是由光源发射出来，这是莫须有。

其四，光速不变基于麦克斯韦的c²=1/ε₀μ₀，即光速取决于本地真空介质的电容率与磁导率。

其五，如果用非本地空间作为参照系，就不能保证光速不变。超光速只是错用了参照系，既违背能量守恒定律，也毫无物理意义。

例如，本地参照系的车灯光速，太阳参照系的车灯光速需要叠加地球自转速度与公转速度。

符合最近原则，本题的假设无可非议

本题假设列车以光速运动，虽然在工程技术上纯属无稽之谈，在纯逻辑上是无可非议的。

在光速(v₁=c)列车上，小孩以v₂=5米/秒的速度奔跑，可以有两个不同参照系下的速度。

若以列车本地空间为零点参照系，则小孩速度就是实付体能的速度，即v₂=5米/秒。

若以列车外空间为零点参照系，则小孩速度：v₂=299792458+5=299792463米/秒。

结语

任何速度都取决于参照系，不存在所谓的绝对光速，也不存在任何参照系下的不变光速。

按最近原则，只能以本地空间或本地光子为零点参照系，不能以外地空间或外地光子。否则至少违背能量守恒与转换定律。

洛伦兹变换因子是100多年前的老黄历，是纯数学虚构，既不符合大量场效应实验，也不符合量子场论的基本理念。

Stop here。物理新视野与您共商物理前沿与中英双语有关的疑难问题。

物理新视野

麦克斯韦的电磁理论预言了光速是一个定值，迈克尔逊莫雷实验从另一个角度验证了光速是不变的，1905年，爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》一文，这也就是后来我们所说的狭义相对论。在该论文中，光速不变、光速不可超越。

什么是光速不可超越呢？

简单点说，你如果想通过加速让一个有静质量的物体达到光速，这是不可能的事情，即便你耗费整个宇宙的能量也无法完成加速任务。不仅如此，一切物质、信息、能量的传播都无法超越光速，光速是一个极限值。目前已知的可以达到光速的有：引力波的传播、电磁波的传播、引力相互作用。唯一的被认为是超越光速的是：宇宙膨胀的速度，但是宇宙膨胀是空间整体的膨胀，与相对论并不冲突。

所以存在一列速度达到光速的列车吗？显然不存在，但这并不妨碍解答这道题。我们可以做个思想实验，假设一列火车的速度为光速Vc，一个小孩沿着列车的运动方向在车厢里跑，速度为w，那么这个小孩的速度是否超光速了呢？

按照经典的牛顿理论，在经典低速的物理框架内，速度可以进行简单的叠加，也就是伽利略变换，因此这个小孩的速度是Vc+w，显然超光速了。

但事实不是这样，由于光速的列车不满足经典低速的物理框架，所以不能用之前牛顿理论中的伽利略变换了，而改用洛伦兹变换，速度的求法如下图所示：

在这个公式中，无论小孩的速度有多快，哪怕小孩的速度也达到了光速，得出来的结果都是小于等于光速的。

相似的问题还有：当两个人以相反的方向奔跑，且各自的速度都是光速的90%，那么这两个人的相对速度是否超光速了呢？

有兴趣的朋友可以将数值代入公式中计算一下，得出来的结果是99.44%光速，也没有超越光速，但是如果按照牛顿理论经典低速的物理框架来处理的话，得到的结果会是180%光速。为什么两个数据差别那么大呢？这就是高速运动的物体带来的相对论效应了。究竟什么是低速，什么是高速呢？一般来讲，低于光速的10%是低速，高于光速的10%是高速，因为此时相对论效应已经开始明显了，随着速度的进一步提高，效应会更加明显。

科学船坞

我有靠谱回答。

对光速列车，我们知道也许二百年内不可能实现，即然没有实践检验，就都是从某种现在的理论出发的想象而己。三百年前，人类社会可能最块的速度，即骑马得到的速度，每小时八十公里以内的速度。我们假设当时有人说，一秒钟十七公里的飞行速度，当时全世界的人都会说你是疯了，绝无可能。

当下，我们讨论光速列车上一个人在光速条件下做跑步运动，是否超光速？我们先看看人类已经实践的在太空站上的宇航员在飞船中，也有时在太空中出舱行走，做维护修理等。当你所处环境是高速运动的舱体，你自身及你环境场景所有物质都被高速了，你受到了一个高速运动力的挟持，但你还是适应的状态，即可在高速状态下行走，运动。

我们再举例子讨论。如果再过八十年，我们人类去探测海王星冥王星，很可能秒速万公里了。当人类有能力适应这个速度时，宇航员仍然可以在飞船上行动，出走，搞维护的。但人类宇航员仍然是受挟持受力运行，仍可以自由在飞行器中行走工作的。

二百年或三百年后，人类脱离太阳☀️系飞向遥远的太空，参照∮系非太阳☀️系的引力射线光及更多因素干扰等等。假定光速，或五百年一千年后的超光速，如果按现阶段人类社会最被公认的定理来讨论，是不足以说明是真实的了。即不适用！

我个人有一个假定推论：是可能的！

谢谢各位读者！

北京大刘

问的应该是小孩运动方向和列车方向相同，才会出来这个结论。

如果让爱因斯坦来回答，肯定是不会，并且还会说这种假设不存在。

爱因斯坦为什么说肯定不会？

首先我们分析一个这个问题，列车为运动状态，小孩在运动的列车上动。之所以会有这个问题是我们曾经学习过的伽利略变换告诉我们，相对速度就是两个速度加法或减法的问题，so easy。这道题我们的第一反应就是小孩的速度加上列车的速度即v=u+c（小孩速度为u，光速为c）结果妥妥的超过光速呀，再简单不过了。

虽然这是常识，但有的时候你认为的常识也不一定是对的。如果是平常马路上你追我赶，或者你在飞机上跑都可以这么算，但是当运动速度达到百分之一的光速时，爱因斯坦会说：“牛顿经典力学下的伽利略变换已经不适用了，会产生误差，高速运动是狭义相对论的领域。何况列车运动速度是光速。”

爱因斯坦的理由

我们假设小孩从列车后跑道列车前，因为车在做匀速直线运动，没有加速度，所以小孩的运动是列车系统内的运动，与外界不发生任何关系。或者说如果列车没有窗户，是封闭的我们根本观察不到窗外的景色，乘客根本察觉不到汽车是运动状态还是静止状态，在内部观察就好像小孩在一辆静止的列车上从前跑到后面。

那么车里的人观察到小孩从车后跑到车前的时间根据 s = vt 可以求出来是t1

恰巧地面上有一个人也观察到了这个过程，地面上的人发现小孩跑得距离根本不是列车尾到列车头的距离，因为列车也在跑。同理根据s=vt也可以求出t2，我们不用算也知道虽然s1不等s2，v1不等v2，但t1=t2，但是爱因斯坦不这么认为，爱因斯坦说当列车速度足够快时，t2>t1,速度不仅仅是相加那么简单的。

举一个例子，让你怀疑人生

一辆飞船以速度v往前飞，飞船底部有个小圆灯向飞船顶部射出，光速为c，当飞船从A点飞到B点，灯恰好从底部射到顶部，飞船内的人观察灯从底部射到顶部的时间为t'，地面观察到的时间为t为，问t和t'相等吗？

地面观测到的光走的是斜线,距离为ct，飞船飞行距离vt，飞船内部观察到光从下到上运动距离ct'，三段距离连起来是一个三角形，我们可以根据勾股定理求出：

发现没有，相对时间是t和t'不相等的，并且结果只取决于飞船速度v，这就是爱因斯坦《狭义相对论》的时间膨胀效应，意思就是说运动的物体时间会变慢。

洛伦兹因子

我们把高速运动物体上的时间 t'叫做本征时间，观察者的参考系的时间t叫做非本征时间，把：

叫做洛伦兹因子，也可以叫高速修正因子，比较容易理解。下面是速度与洛伦兹因子的关系图，

当v无限趋近于光速，修正因子将无穷大，记住这点，就可以理解狭义相对论大多数问题，我们可以把它认为是经典力学下，对高速的误差给予的修正，质量修正，时间修正，尺寸修正，速度修正，在日常生活中宏观低速状态，这个修正因子约等于1，则不发生修正，所以经典力学并不会出现太大误差。

举个日常生活中的例子

在现实生活中民航飞机的时速大约为为250m/s，光速为3x10^8m/s，带入上面式子，可以发现v^2/c^2太小了，飞机运动产生的时间变化可以忽略不计了，即t=t'，又回到了经典力学领域。

只有达到非常快的速度时，速度v才会对因子有影响，从而对时间发生影响。

当v无限趋近于光速时，

光速不变

其实上面证明时还缺少一个条件，就是光速不变原理，而高速不变原理并不是爱因斯坦说的，而是迈克尔逊莫雷实验证实的。这个问题麦克斯韦研究电磁学的时候就发现了，洛伦兹变换公式推导了出来，上面的时间膨胀效应是其中之一，也就是两个惯性坐标系间的时间变换，可以说爱因斯坦是捡了个现成。狭义相对论中除了时间膨胀，还有上面提到的质增效应，尺缩效应，速度变换。其中尺缩效应，说的是运动的物体尺寸会缩收，这里不推导了，公式：↓

孩子的速度——速度变换

明白了爱因斯坦讲的，我们就知道在高速运动时，伽利略的速度变换将不再适用。需要用洛伦兹的速度变换中的速度叠加公式：

把孩子的运动速度v和列车时间速度c，带入可以得出结果为（v+c）/（1+v/c）。

但其实这个结果是不对的，实际上列车是不可能达到光速的。（下面再讲）

我们就当列车速度趋近于光速，当孩子速度也趋近于光速C时，我们可以得出结果：地面观察到孩子的速度趋近于光速，但并不能超过光速，有兴趣可以设定小孩和列车都是0.99倍光速计算一下。

再说说质增效应

m0为物体静止质量，即静质量，m为动质量，即物体的质量随速率变化。

通过公式我们可以得出以下曲线，还是拿民航飞机举例，洛伦兹因子约等于1，飞机质量变化可以忽略不记，m=m0，当速度无限趋近于光速时，物体质量将无穷大。当物体速度为光速时，因子为0，狭义相对论就解释不了了，这是不存在的，所以m0不为0时，无法到达光速，即有质量的物体，不可能达到光速。

所以说这个假设不成立，孩子的速度也不能超过光速。

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