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两束光反向 相对速度超过光速(两束光反方向超光速)

牛蛙小编 交流杂谈

第二宇宙速度计算公式,两束光反向飞行,相对速度是两倍光速吗?很少有人知道答案!

上学时我们都学过简单的速度叠加,举个例子,两辆小汽车分别是100公里的时速反向行驶,两辆汽车的相对速度是多少呢?

这个问题恐怕连小学生都知道,就是简单的速度叠加,两辆汽车的相对时速是200公里。这个答案也很符合我们的生活经验和传统认知。

但是,如果把这两辆小汽车换成两束光,情况大为不同。如果你稍微了解一点爱因斯坦的狭义相对论,就会知道两束光的相对速度并不是两倍光速。

下面来一起分析一下光为何如此特殊。

狭义相对论是建立在两大公设的基础上提出来的,其中一个公设就是光速不变原理。如何理解这个原理?

假设你站在街道边上的人行道上观察来往的汽车,一辆汽车开着车灯以速度V行驶。那么在你眼里,车灯发出的光的速度是多少呢?

按照我们上学时学过的速度叠加计算,答案应该是光的速度C+V,也就是光本身的速度C加上汽车的速度V。

但事实上并非如此,无论汽车的速度多快,在你眼里车灯发出的光的速度都是光速C。

这就是光速不变原理。光速与任何其他速度叠加之后都保持不变,光在任何参照系下测量到的速度都是光速。

我们上学时学的速度叠加公式其实是伽利略变换,它只适用于低速世界。而一旦速度来到亚光速甚至光速,伽利略变换就不再适用了,比如用更精确的伽利略变化,公式如下:

从公式中可以看出,如果V1和V2非常小,公式就简化为V=V1+V2,也就是伽利略变换。由此可见,伽利略变换只是洛伦兹变换在低速状态下的特例和近似值。

但是如果把汽车换成一束光,结果会如何呢?

有人可能会说是2C,也就是两倍光速。确实,在我们人类眼里,两束反方向飞行的光的相对速度确实是两倍光速,但对于两束光来讲,它们的相对速度并不是两倍速度。

你肯定会想到刚才提到的洛伦兹变换公式,把光的速度代入公式,很容易得出最终的答案仍旧是光速,而不是两倍光速。

事实上,光速也是不对的,两束反方向飞行的光的速度并不是光速。

除了光速不变原理之外,狭义相对论还有一个重要的公设:相对性原理,简单讲就是相对论里必须有合适的参照系,而光并不是作为参照系。为什么?

因为对于光来讲,时间是不存在的,光速是四维时空的固有属性,在四维时空里,光必须以光速飞行,对于光来讲,没有任何时间概念。

根据爱因斯坦的狭义相对论,速度越快,时间就越慢,当速度无限接近光速时,时间就趋于静止,也就没有了时间概念。

所以,对于光来讲,时间是完全不存在的,时间完全凝固。你可能会提出质疑:我们不是经常说太阳光飞到地球上需要大约8分钟时间吗?怎么光就没有时间了呢?

不要忘了,相对论里谈论时间和速度都需要有参照系的,太阳光飞到地球上需要8分钟,是相对人来讲,以人或者地球为参照系。但是在光的眼里,它是瞬间到达地球的,不需要任何时间,不要说是飞到地球,即便是飞到宇宙边缘,也不需要任何时间,都是瞬间到达。

所以,两束反向飞行的光的相对速度要从以下几个方面去考虑。

之一,两束光的相对速度,也就是以其中一束光为参照系,且不说光能不能作为参照系,即使能,考虑到光的特性,两束光的时间都是静止的,也就是说两束光的固有时间都是零,既然没有了时间,又哪来的速度呢?

也就是说,问题本身就是无解的,也可以说是没有意义的。

第二,即便是两束同向飞行的光,我们也无法计算它们的相对速度,但可以根据光的一些现象判断出来。比如说科学家曾经用三棱镜把太阳光散射成很多单色光,结果发现这些光同时到达地球,也就是说它们的相对速度为零。

而反向飞行的两束光的相对速度是无法计算的,也无法验证,完全无解。如果非得要给出一个答案的话,答案会有无穷多个。为什么这样说?

刚才说了,对于光来说是没有时间的,可以在瞬间跨越无限远的距离,无限远加上无限远仍旧是无限远,而时间都是无穷小,根据数学上的无穷概念,得到的答案就是无穷,无穷多个答案。

无穷是相当抽象的概念,在现实世界和物理学领域,无穷的概念数学的范畴,因为我们认识的事物都是具体的,而不是抽象的。一旦现实世界中涉及到我无穷,对于我们来讲就失去了意义。

打这里,你应该对光的霸道有更深的了解了吧,不过人类对光的研究并未停止,我们仍旧没有揭开光的真正面目。不过人类一直在努力,因为我们知道光可能隐藏着最深刻的宇宙奥秘!

,两束光朝相反的方向运动,他们的相对速度是多少?两束光反向 相对速度超过光速


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