兩束方向相反的光,對其中一束光而言,另一束光的速度是二倍光速嗎?若不是,為什麼?

異名磁極吸引你


首先明確:根據電動力學原理:光速只取決於真空場的電容率與磁導率c=1/√(ε₀μ₀)。我們可以有以下幾個推論:

光子是波源的運動推壓真空介質就地震盪依次推湧的場量子,不是移動光源噴射出來的。因此洛倫茲變換因子是不可靠的,本文不予採納。

在光子推湧行程中,光子很像浮標,本身只是在原地震盪或漲落,並沒有發生有效位移。






波源的定義與分類

電磁波是因為實體運動推壓真空場介質所激發的光子波,這樣的運動實體叫“波源”。

事實上,所有實體都在運動,它們都在激發空間場介質,空間充滿了不同頻率的電磁波。

實體的動能與所激發的電磁波頻率(f)成正比,與該電磁波波長(λ)成反比,根據動能守恆定律,即:½mv²=nhc/λ,n=m/m₀...(1)

式中,m是實體的質量, m₀是電子質量。n是實體激發的光子或能量子的個數。

方程(1)反映了實體運動與空間震盪的超對稱關係,也可以寫成:½m₀v²=hc/λ...(2),

根據方程(1)與(2)可推:實體激發的電磁波波長公式:λ=2hc/m₀v²=4.37×10⁵/v²...(3),激發的輻射動能:Ek=½mv²=(m/m₀)hf...(4)。

例如:500kg導彈以2馬赫飛行,其激發的電磁波波長:λ=4.37×10⁵/680²≈0.1米。其激發的輻射動能:Ek=½×500×680²=1.156億[J]。

波源的分類

波源分兩大類。第一類是移動波源,其運動方向走軌道切線,其激發的電磁波方向走切向。

第二類是自旋波源,其南北兩極有負壓差,激發的電磁波方向走軸向。具體分類如下:

1. 原子光譜的移動波源,主要是核外電子,原子核的進動速度很小,可忽略不計。

核外電子的進動,推壓前方的真空場介質,激發電磁波。電磁波的推湧方向是電子運動的切線方向。如下圖所示。


就人擇原理或儀器尺度而言,原子周圍的電磁波呈放射狀輻射。

2. 等離子體之移動波源,諸如自由電子(β射線),自由質子(或質子線)、氦核(α射線)。等離子體相當於宇宙射線。

β線v≈c激發波長λ=4.37×10⁵/c²=4.86[pm]。頻率f=c/λ=6.17×10¹⁹[Hz],相當於伽瑪線。

α線v≈0.1c,激發波長λ=0.48[nm],激發頻率f=c/λ=6.25×10¹⁵[Hz],相當於紫外線。

3. 宏觀實體之移動波源,如:原子、分子、塵埃、流星、飛機、衛星、行星、恆星。

例如,地球繞日平均進動v=30km/s,激發波長:λ=4.37×10⁵/v=0.48[mm]。

4. 往復運動之固定波源,諸如琴絃、鬧鐘、電機、水泵、壓縮機。



5. 自旋運動之固定波源,諸如電子、質子、地球、太陽、太陽系、脈衝星、磁星。

光子是絕對參照系

光子,是承載了波源動能的場量子。場量子就在原地震盪(即漲落),或者說,所有單個光子只是在原地以光速湧動,其質心無徑向位移。

因此:物系空間中的任意點,皆可作為絕對參照系原點S(x,t)=S(0,0),簡稱“絕參點”。

這就是伽利略相對論與牛頓學派絕對參照系的基本原理。

例1. 核外電子繞核速度,是以原子內空間任意點作為絕參點S(x,t)=S(0,0)。

例2. 人造衛星的繞地速度,以地球與衛星之間任意點作為絕參點S(x,t)=S(0,0)。

例3. 太陽系的繞銀速度,以太陽系與銀心之間的任意點作為絕參點S(x,t)=S(0,0)。

例4. 一束激光的推湧速度,以該激光任意一個光子質心位置為絕參點S(x,t)=S(0,0)。

例5. 一束α粒子的旅行速度,以α粒子附近空間的任意點作為絕參點S(x,t)=S(0,0)。

光速,必須以光子推湧歷程為依據

狹相之空間的距離,遵循閔氏旋轉空間的勾股關係:s²=r²+(ict)²,第三項目“ict”的物理意義是:虛數單位“i”意味著光走直角(π/2)。

但事實上,只有當光子碰上如電子質子,發生康普頓散射效應,才會有所謂的轉彎。因此上面勾股關係,並不成立。

通常,如果沒有等離子體等障礙物,光就必然走直線。因為光是場量子,傳播的是力與能,力總是走切線或軸線。

相比而言,實體總是走曲線,走橢圓線、螺旋線、拋物線。光走向與實體走向截然不同。

因此,光程公式只能是R=ct,而不是R=ict,閔氏空間的數學構想,其實不符合物理空間。

閔氏空間的勾股關係s²=r²+(ict)²不成立。因為:交叉的兩束光之間的距離沒有經歷過實際光程,就沒有信息,因此,只有兩光共線的相向或相背而行,才有光速的疊加意義。

例如,以0.1秒轉動地球O點激光器向太陽發射的一束激光,在太陽留下相距10萬千米的兩個光斑A,B。

其中,OA與OB有光程,但AB之間無光程,不能說A到B的光速v=10÷0.1=100萬千米/秒。

兩光共線的疊加(或相對)速度

若在某點O相背發出兩束光分別到達A,B兩點。各自共時耗時t,光程OA=OB=ct,則兩光疊加速度(v)=總光程(2ct)÷總耗時(t)=2c。

若在A,B兩點發射兩束光,分別到達中心點O,各自共時耗時t,則光程AO=BO=ct,則兩光的疊加速度或相對速度:v=(2ct)/t=2c...(5)。

單一光源完成AB光程需要時間2t,現在是兩個光源協同作業當然只需1t即可。

必須注意:時間消耗意味著能量消耗。如果從能量守恆角度計算疊加速度,則應遵守這樣的計算公式:疊加速度=總路徑÷各自時耗之和。

即:v=(s₁+s₂)/(t₁+t₂)=(ct+ct)/2t=c...(6)。

如果兩光沒在O點匯合,而是各自分別走在半路,中間的½ct距離無信息傳達,無意義。

汽車行駛中的燈光速度

已知:汽車在A點速度為v₁,汽車行程s₁=v₁t。燈光速度為c,到達B點的光程AB=s₂=ct。汽車運動與燈光運動的路徑共線。

首先,考慮以下三種情況:

其一,車燈是一個移動波源,車燈時刻都在激發光波,光速不會因為車速而改變。這是一個方面。

其二:汽車也是一個移動波源,會激發電磁波。但這個電磁波不影響車燈光速。

其三:就目的地而言,車燈光波有多普勒頻移效應。不過多普勒效應也不影響光速。

那麼,車速與光速,究竟可不可疊加呢?

如果車燈定位在A點,燈光到達目的地,行程為AB=s,所需時間為t=s/c。

如果車燈隨車運動,車程為s₁,光程為s₂,則疊加路徑:s=s₁+s₂=v₁t+ct=(v₁+c)t,疊加速度=疊加路徑÷共時耗時,即:

v=(v₁t+ct)/t=c+v₁...(7)。

若說汽車倒車則疊加速度:v=c-v₁...(8)。

但是,就能量守恆意義上的疊加速度是:

v=(v₁t+ct)/2t=½(v₁+c)...(9)

顯然,就目的地時間消耗而言,車速與光速是可以疊加的。不過,由於v₁<

但是,如果把車燈換成α粒子,則速度的疊加效應就非常顯著:v=0.1c+c=1.1c。

結語

1. 光子,作為空間的基本單元,原本就在原地以光速震盪,光子自身無位移。實體附近空間的任意點皆可作為絕對參照系的座標原點。

2. 兩個光速的有效疊加速度,只發生在共線的相向與相背兩種情況,其疊加速度有兩種考慮:

考慮共時效果:v=(ct+ct)/t=2c。

考慮能量守恆:v=(ct+ct)/2t=c。

3. 對於移動光源而言,光源自身速度與激發電磁波光速是可以疊加的。疊加速度也有兩種:

考慮共時效果:v=(ct±v₁t)/t=c±v₁。

考慮能量守恆:v=(ct±v₁t)/2t=½(c±v₁)

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物理新視野


有一件事情是人盡皆知的:兩輛時速50公里的汽車相向而行,它們相對於對方的時速就是100公里,這一點毫無疑問。

然而兩束相對而行的光,相對於對方仍然是光速,而不是兩倍光速。

實際上,即便兩束同向而行的光線,相對於對方也仍然是光速,而不是靜止的,這就是所謂的光速恆定原理,它的確是一個顛覆我們固有認知的事情。

最先思考和解決這個問題的人是愛因斯坦,在他之前,物理學家已經根據麥克斯韋方程組得出了光速恆定原理;與此同時,物理界卻又存在著相對運動原理。

這兩條相互矛盾的理論引起了愛因斯坦的疑惑,要麼其中一個理論是錯誤的,要麼就是某種未知因素導致了這種“矛盾”。

正是由於弄明白了這個問題,狹義相對論得以問世了,愛因斯坦利用時空膨脹的理論完美的解決了這個矛盾。

在狹義相對論中,愛因斯坦是利用火車上的人扔石頭來表述時空膨脹的問題的。

他說,假如一個人在一輛高速運動的火車上鬆開手扔下一塊石頭,而非用力拋出去,那麼在這個人的眼裡,石頭將垂直落到地板上,它的運動距離就是手掌到車廂間的垂線距離。


可是,在火車下面的人看來,石頭並不是垂直落下的,而是沿著一條很長的斜線落下的,在這種情況下,它所運動的距離自然也就更長。

同一塊自由落體的石頭,怎麼可能在同一時間下即走了更短的路徑,又走了更長的路徑呢?

愛因斯坦的解釋是:因為火車上的時空膨脹了,也就是火車上的時間流速變慢了。這就是說,速度會導致時間流速變慢。

關於速度致使時間變慢這一點,儘管在當時僅僅只存在於理論,但是今天早已被現實實驗以及衛星的時間流速證實了。因此,速度和時間流速之間的關係已經是板上釘釘的事情了。

那麼,這件事跟光速恆定有什麼關係呢?

因為當速度趨近於光速時,時間流速的差異將變得極其明顯;當速度完全達到光速時,時間就徹底靜止了;當速度超過光速時,時間就倒退了。

這也就表示光線在空間中運動是完全不消耗時間的,如果換一個角度來理解,可以想象為光線在時間的維度中是靜止不動的。

兩條時間靜止的光線,無論相向而行還是同向而行,它們的時間始終是靜止的,因此光速永遠恆定。


科學矩陣


不是二倍光速,我上大學的時候大學課本里面有,但是仔細看的人不太多,當時舉的例子是在在運動的火車上測量光速。我長話短說,就是無論是人相對光源動還是不動,用設備測量的光速都是一樣的30萬公里每秒。我想強調第一點就是你首先得承認這是一個事實,雖然他用經典時空體系很難解釋,我們平時接觸的都是遠低於光速的物體,那時候我們算這類問題很簡單簡單的加減法就行了,但現在我們卻無法再用這個方法解釋了;第二有人把這事給解釋了,他就是愛因斯坦,他用的方法是假設每一個運動的物體都有自己的時間,在這個時間體系裡每個物體自己的時間快慢都沒有任何問題,但是看別人的時間都不標準,有具體公式,簡單說就是動鍾變慢效應。你可以這樣來理解這一效應,就是你自己覺得自己對別人不對,但別人也覺得自己對別人不對,但實際上你倆都對,只不過立場不一樣,我亂舉的例子,但是好用的,哈哈。再來個嚴謹的說明,倆個相對運動的人,你覺得自己的時間快慢正常,別人也覺得自己的時間快慢正常,但是你倆看對方的時間都不正常。再補充一個還有動尺變短效應,有願意琢磨的,可以想想時間和長度如果都變了,它們相除得到的速度也就是光速不變就很好解釋了。好了,只能解釋到這程度了,物理還是需要自己慢慢學習與體會的。


大型擼射航空公艦


我看了很多回答都是為了跪舔西方國家不敢面對現實的謬論:

1.他們所舉的例子都是非常短暫的光速運行,說什麼槍子彈打出來對方看什麼總之都是在零點零零零幾秒發生的事,這麼短時間發生的事速度完全可以胡攪蠻纏。

2.我來舉一個長時間的光速例子:

①比如太陽光到地球大概需要八分鐘,假如在地球旁邊也有一個太陽A,在兩個太陽中間位置也有一個地球B,這個地球B與兩個太陽的距離是相等的,而且兩個太陽和這個地球B三點一線,那麼這時候兩個太陽發的光到中間那個地球B需要的時間還會是八分鐘嗎?答案肯定是四分鐘。

②既然是四分鐘那麼兩個太陽發出的光的相對速度必然是兩倍光速。

③有人可能為了跪舔西方會說兩個太陽的光到中間地球需要的時間依然是八分鐘,那麼假如此時我把中間的地球向其中的一個太陽偏移一點點,是不是還是八分鐘。

④那好假如我繼續偏移到和其中的一個太陽距離為一百米的位置,這時候你總不至於說還是需要八分鐘吧。

⑤當然你還可以胡攪蠻纏說地球離太陽那麼近早就融化變成氣體了所以不存在這樣的假設,你要是這樣說那我承認我說不過你。


明宇智遠


當年愛因斯坦的相對論一出,有記者曾經採訪天文學家愛丁頓博士,問他是不是當時世界上僅有的三個能理解相對論的人之一,愛丁頓認真的思考後回答“我正在想誰是第三個人呢。”所以,題主在一百年後,仍舊對相對論感到迷惑,其實也是可以原諒和理解的。

詭異相對論

相對論的概念,從它誕生開始就一直透著詭異的味道,那是因為我們在正常的生活中,根本沒有機會直接應用和感受到。我相信大部分同學,終其一生,都不可能獲得接近光速飛行的機會,可以直觀去感受一把,所以一直以低速宇宙的牛頓力學,來硬套相對論。我再強調一次,在接近光速的運動,以及光速運動的時候,同學們一定要把牛頓力學的固有認知扔掉!這時候,適用鐘慢尺縮原理,空間、時間都會改變,唯有光速不變!所以,不存在光速疊加,也沒有光速對減。光速不變。

相對論的推導

很多同學都把E=mc2,等同於相對論本身。覺得你一直強調相對論怎麼複雜怎麼難以理解,這不是一個小小等式就看完了嗎?說不定,我們哪天腦子一抽,就也發明了第二次相對論也未必哦。

那我也不做多餘的解釋,我給一個相對論求解的表達式,大家試試也來靈光一閃,看看有什麼新的推論?

好了,這個我不展開,如果仍舊有自信的同學,在回覆中我們再自行深入探討一下靈光一閃的問題。

相對論的實證

牛頓的理論,到今天,我們仍舊在大量的應用,測出地球的三圍、預測行星的軌道,簡直無所不能,為什麼呢?因為人類仍舊大部分時間在處理低速宇宙的問題,並且計算簡單啊——雖然用相對論一樣可以得出相同的解。

愛因斯坦呢?在高端的宇宙探索中,不斷的證實著牛頓宇宙無法到達的邊界,愛伊斯坦到達了。

最著名的就是“赫爾斯-泰勒”根據相對論推測的脈衝星系統,觀測到引力波存在證明,使廣義相對論精確度和實驗結果吻合到10的負十四次方——堪稱物理歷史上最精確的理論沒有之一!

結語

很多同學問,那麼相對論的直接應用呢?正如麥克斯韋當年回答電有什麼用?——“你問一個剛出生的嬰兒,他現在有什麼用”?


貓先生內涵科普


兩束光相背而行,相對於其中的一束光,另外一束光的速度仍然為光速,而不是二倍光速。 這個結論跟我們根深蒂固的思想相違背,為什麼不是二倍光速哪?


按照牛頓的經典物理學概念,二倍光速並沒有錯。但是自愛因斯坦提出相對論後,幾乎所有的經典物理學的公式都被修正了。這意味著,在高速世界中我們以前掌握的理論不是很精確了。 我們印象中的速度合成公式是這樣的:w=u+v ,在小學、初中、高中甚至於日常生活中都是這樣過來的。

但是自愛因斯坦提出狹義相對論後速度合成公式變了,如下的形式:

當u和v速度非常小,遠小於光速的時候上邊圖片中的公式,就變成了w=u+v。但是當它們的速度接近於光速的時候,公式就不可以化繁為簡了,因為誤差會變大。當兩束光相向而行,即:u=v=c,最終得到合成後的w=c。

實際上這個速度合成公式,本質上是在光速不變的基礎上推導而出,最後再用公式反過來證明光速不變,看起來就像文字遊戲一樣。當然了這也是物理公式的“自洽性”。


科學黑洞


簡單回答,因為光不能作為參照系,如果作為參照系,狹義相對論中的兩天原理就不能成立。當然用世界線的概念解釋得更清楚,不會比較燒腦麻煩,有興趣的朋友可以瞭解下!

如果你非得要選光作為參照系,也不是不可以,只要記住一點:光速不變原理,一切都迎刃而解,而不是自己給自己挖坑,讓自己陷入到牛頓的經典力學和絕對時空觀中不能自拔!在任何參照系下光的速度都是光速,很簡單,不要想那麼複雜!

同時,也有公式課題計算,那就是洛倫茲變換。而通常我們用到的速度相加或相減的方法是伽利略變換,它只是洛倫茲變換的特例,在低速狀態下的近似值而已!

就好比問題中的疑問,假設光可以作為參照系,也沒問題,但計算相對速度時已經不能用簡單的速度相加就可以了,不是c+c=2c這麼簡單,這是伽利略變換,只是低速狀態下才適用,亞光速時必須用洛倫茲變換:


可以用上面的公式計算下,最終的速度w仍舊是光速,而不是兩倍光速!

就像你那些手電筒以5米每秒的速度奔跑,靜止的我看手電筒的光仍舊是光速,而不是光速+5米每秒,道理是一樣的!

最後說一點,莫用牛頓的絕對時空觀去思考光速問題!光速不變意味著時間和空間的變化,時間空間都變了,當然牛頓的絕對時空觀就不適用了!


宇宙探索


好多人問過這種問題,我好像已經看到過不止一次了,所以,就討論一下吧,我先說結論,然後再說為什麼。

答案是:不是!

作為二十一世紀的新人類,討論光速自然是要用到狹義相對論,問題在於,在狹義相對論裡,其中一束光或者另一束光都不能作為參照系,所以你不能以任何一束光作為參照系進行任何推論,因為這是沒有意義的。


那麼為什麼不能用光作為參照系呢?這其實不難理解,我可以把它簡單歸結為兩個原因:

一個原因是,按照狹義相對論,光速下是不走時間的,也就是說時間是停止的。時間停止,一些物理量就無法定義了,比如速度,實際上時間停止的情況下你根本無法進行任何測量……

另一個原因是,即使不考慮時間停止,在光速下實際上也是無法進行任何測量,為什麼呢?因為測量速度需要兩個步驟:發送信息和接收返回的信息。然而在光速下即使你可以持續發送信息,你也無法收到返回的信息,因為返回的信息根本追不上你……


所以,要在其中一束光上對另一束光進行測量是一個不可能完成的任務,而且你可能已經發現了,只要超光速也無法獨立進行測量,因為你不可能收到返回信息,無論被測物體是迎著你來的還是離你而去的,你都無法收到返回的信息,因為如果是迎著你來的,在被測物體超光速下測量信號無法被有效反射,如果是離你而去的就更簡單了,測量信號將永遠追不上被測物體。

不過不能進行主動測量可以進行被動測量啊,比如建立兩個相隔一定距離的觀測點。這樣當被測物體經過時與測量儀器產生一定的相互作用,然後對比兩個儀器和測量煤質接收到信號的時間間隔,除兩個儀器的空間間隔就得到被測物體的速度了。不過死心吧,只要相對論的對的,就不可能測量到超光速運動的物體,否則產生相互作用的儀器和測量煤質都會被撞成伽馬射線暴……


星宇飄零2099


只要把問題變一下就可以,兩列光速相向行駛的火車的相對速度是多少,那麼答案顯而易見,2倍光速!但是愛因斯坦的相對論說,黃不能作為參照物,就是說你是無限接近光速的運動,相對於光速來說還是相差光速!很難理解是不是!就比如你的速度是每秒299999999米,光速30萬公里每秒,你們從一個點出發,你跟光速還是差距30萬公里每秒!因為你的時間是流逝的,光速時間是靜止的,就是說有光開始,宇宙的年齡可以是幾百億年也可以是一瞬間!我這麼說是不是很好理解了呀!



暴走小香豬


按伽利略的運動相對性是兩個迎面運動,相對速度為兩者速度相加。

愛因斯坦的相對論是建立在光速恆定基礎上,光速為極限速度,速度在宇宙中用來測量空間和時間的標尺。

速度為零,物體靜止也就意味空間靜止。

速度為光速,時間靜止。

伽利略的運動相對性,不適用於高速運動。

愛因斯坦改良了這個公式

伽利略相對速度公式

V=V1+V2

愛因斯坦相對論中相對速度公式

△v=|v1-v2|/√(1-v1v2/c^2)

自己算一下,速度遠小於光速,測算結果和伽利略那個很接近,

只有有一個速度完全等於光速,那相對速度還是光速。永遠超不了光速。


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