02.28 在一個很快的列車上打一束光為啥不能超光速?


最近寫了幾篇關於狹義相對論的文章,有網友依然無法理解狹義相對論的時間相對性,這是因為人類受牛頓的絕對時空觀統治了很長時間,更關鍵的是牛頓的絕對時空觀太符合我們的直覺了,所以我們一直對它深信不疑,突然你告訴我牛頓的絕對時空觀是錯的,一時之間大腦的思維慣性還剎不住車,所以很多網友還是無法理解狹義相對論,今天我就來談談一個問題:在一個很快的列車上打一束光為啥不能超光速?

在一個很快的列車上打一束光為啥不能超光速?

其實根據常規理解,我如果在一個運動的列車裡跑,如果我在列車上測量自己速度假設是v1,那麼地面的人會看到我的速度會大於v1,因為列車是在運動的,會給我一個額外的向前速度v2,那麼地面人看我的速度就是v1+v2,這非常符合我們的直覺對不對?

但是剛剛的場景要想成立有一個前提條件,那就是列車裡面跑的事物不能是光,也就是說除了光(準確說是電磁波)以外的其他事物,列車都會給予其一個額外的速度v2,但是光就無法獲取這個v2。為啥光就這麼特殊,沒資格獲取這個v2呢?

在一個很快的列車上打一束光為啥不能超光速?

首先這個v2速度到底是啥,其實就是列車的速度對不對,所以當我在車裡打一束光,我會看到光在列車裡面的速度是C,那麼此時地面人看這束光,按照剛剛的速度疊加應該是C+v2才對,因為這樣地面人看這束光,就相當於列車給予了光一個額外的速度。

但是我要告訴你的是,列車不會給光額外速度,地面人看光的速度和列車裡面的人看光的速度,都是C。有人馬上就會反應過來,這不是矛盾了嗎?列車裡面的人看見光的速度已經是C了,然後列車自己又有一個速度v2,那麼地面人看光速度就應該是C+v2才對,為啥地面人看光速度依然是C。

在一個很快的列車上打一束光為啥不能超光速?

其實你之所以矛盾,是因為你還是沒有擺脫牛頓的絕對時空觀,你仔細看剛剛的表述,列車裡面的人看光的速度是C,然後列車自己有速度v2,所以你很自然就推理出地面人看光的速度是v2+C,但是v2和C壓根是不同參考系下測量出來的速度哦,v2是列車的速度也就是以地面為參考系的速度,C是列車裡面的人看到的速度,一個地面參考系的速度和一個列車參考系的速度能直接相加嗎?

按照牛頓的力學是可以直接相加的,可是愛因斯坦認為不能相加,愛因斯坦認為只有在相同參考系下測量出來的速度才會相加,所以當列車裡面的人看光的速度是C,但是這不等於地面人也會這麼認為,地面人會發現列車裡的光相對於列車裡面的人的速度會

在一個很快的列車上打一束光為啥不能超光速?

結果地面人計算出來光的速度依然是C,這裡我相信大家又暈了,不是說光的速度不變嗎,為啥你會說地面人去看光相對於列車裡面的人速度會

在一個很快的列車上打一束光為啥不能超光速?

所以這句話“地面人看光相對於列車裡面的人的速度”,這個速度會小於C,所以導致地面人看光的速度依然是(C-v2)+v2=C。所以這下大家明白了吧,光的速度其實相當於任何物體的速度都是C,不管是以地面為參考系,還是以列車為參考系,大家看到的光速依然都是C不變。這也是為什麼我們任何時候去測量光,不管儀器如何隨光源有啥運動關係,儀器顯示的數值都是299792458米/秒。

當然至於為啥“地面人看光相對於列車裡的人的速度是C-v2”,這個可以通過洛倫茲變換計算出來的確是這個值,詳細的數學推導過程就不說了,如果對洛倫茲變換感興趣,我前面錄了幾期視頻專門講洛倫茲變換。經過以上分析可以看出,光的速度永遠為C,的確是真理。我是小彭來給您解惑,如果喜歡文章可關注我。

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