两束光反向飞行,两者的相对速度是光速的两倍吗?

宇宙时空 2024-05-25 15:09:58

先说答案:不是两倍光速。具体是多少,只能说:不知道。

这个答案好像说了等于没说,但事实情况就是如此,不要着急,听我慢慢来分析。

提到光速,很多人会下意识想到爱因斯坦的狭义相对论,这种想法没有错,但没有弄明白狭义相对也是有适用范围的。

狭义相对论有两个基本假设:光速不变原理和相对性原理。光速不变原理想必大家都很清楚,说的是光速的绝对性,在任何参照系下都绝对不变。

不过对于相对性原理,很多人会不太在意,实际上这个原理同样非常重要。按照狭义相对性原理,狭义相对论只适用于惯性参照系,也就是惯性系。

什么是惯性系,同时来讲就是适用于牛顿运动定律的参照系,也就是静止或匀速直线运动的参照系。

一般情况下,我们会认为地球就是惯性参照系,当然这并不是绝对的,只是近似,绝对的惯性系是不存在的。一旦来到太空,地球就不是惯性系了,太阳成为惯性系。当然,跳出太阳系后,银河系中心自然成了惯性系。

所以说,惯性系是狭义相对论的基本前提。那么问题中的光是在惯性系中吗?

很明显,不是。因为光并不能作为惯性系,光不能作为任何物体的惯性系,也不能作为参照系。因为牛顿运动定律只适用于宏观物体,而光属于微观领域,它具有波粒二象性,本身就具有不确定性,根本谈不上什么惯性,当然不能作为惯性系。

所以,任何把光作为参照系的行为其实都是没有意义的。

所以,我们通常所用的速度叠加计算方式,并不能用在两束光上。问题本身其实具有很强的误导性,直接把光看成某种宏观物体了,显然是不合适的。

非要计算两束光的相对速度的话,只能给出这样的结果。按照速度等于距离除以时间的方式来计算,由于光根本没有空间和时间概念,也可以理解为光的时间是静止的,在一瞬间就能跨越任何遥远的距离。

相当于光在一瞬间就能跨越无限远的距离,也就是说,无限远的距离花费的时间是零,相当于无穷大除以无穷小,结果是多少呢?我们不知道,或者说没有意义。

那么,如果我们把两束光换成两个宏观物体,比如说两艘飞船会怎么样呢?

当然两艘飞船的速度无论如何都不可能达到光速,这里就假设飞船的速度非常接近光速,它们的相对速度是多少呢?是不是非常接近两倍光速呢?

是,也不是!

因为狭义相对论中的光速限制指的是,在惯性系中局域速度是不能超光速的,言外之意,在非惯性系中,速度是可以随意超越光速的,比如宇宙膨胀速度就远超光速。

还有,大型粒子对撞机中,两个粒子以非常接近光速的速度飞行,两者的碰撞速度就超过了光速,碰撞效果就会更明显,这就相当于让一个粒子不动,另一个粒子超光速与其碰撞。这并不违反狭义相对论中的光速限制,因为两个粒子的相对速度超光速,并不是静止的观察者看到的运动速度。

而两艘飞船就相当于对撞机里的两个粒子,它们的相对速度肯定是超光速的,如果让它们相撞,碰撞效果肯定超过其中一艘飞船不动,另一艘飞船以光速与其碰撞的效果。

这种超光速并不违反狭义相对论中的光速限制,因为两者的相对速度并不是在惯性系下的速度。如果你静止在地球上观察两艘飞船,它们的相对速度就不会超光速,具体是多少呢?

按照我们传统用到的速度叠加公式,也就是伽利略变换,也就是V=V1+V2,应该是超光速了。不过这种计算方法在亚光速世界并不适用,因为伽利略变换的背景是绝对时空观,而我们知道时空并不是绝对的,而是相对的。

一旦来到亚光速世界伽利略变换就不再适用了,因为亚光速情况下,时间和空间会出现明显改变,必须用到洛伦兹变换才行,用狭义相对论相对速度叠加公式表达出来就是:

从公式中可以看出,当V1和V2非常小时,比如说我们平时经历的速度,那么公式中的分母就趋于1,公式就可以简化为V=V1+V2,这就是伽利略变换。但是当V1和V2很大,接近光速时,就不能简化为伽利略变换。

所以说,伽利略变换就是洛伦兹变换的特例,在低速世界的近似值。在低速世界,我们很难直观地感受这种变化。

这也是为什么很多人不愿意相信狭义相对论的主要原因,因为相对论违反我们的日常生活直觉,而大多数时候,我们更愿意相信自己的直觉和生活经验,这也是任何物种在进化中趋利避害的直接体现。

科学家们比我们的眼睛更毒辣,他们对任何新理论的诞生从来没有停止过质疑,在过去的一百多年时间里,相对论经历了无数次质疑和论证,仍旧屹立不倒,这也是相对论能成为现代物理学大厦两大基石之一的主要原因。

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评论列表
  • 2024-05-25 16:25

    时光倒流是数学当物理的骗术!………都是毫无意义的思想实验。8分钟前的太阳光,几十亿年前的遥远星光,地层中几万年前的琥珀苍蝇,以及所谓的超光速观测,。。。只是影响一些意识信息,用光(超音速)观测雷电(来的快),用声音观测雷电(有滞后),都不能改变雷电本身。木啥实质影响。很多是为了欺骗。看到他妈妈两岁的照片,宇宙就时光倒流了???

  • 2024-05-25 16:25

    悖论斯坦,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称命题公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法,以二象性祸害自然科学的核心根基——确定性。祸害数学,祸害物理,终身搞骗,祸害极大极深极广。………是恶贯灵魂的彻底的人类公敌!!!狗屎都有用,欺骗有啥用?迷信蔑视自然的悖论斯坦,瞎搞科幻假说,人类将无法逃脱第六次地球生物大灭绝。———假说科幻骗子招摇过市,自然科学的基础就玩完了!

  • 2024-05-25 16:25

    波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波/沙丘波到处都有,是粒子构成的,有波粒二象性???波是一种物质???以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,不是笑话是什么???破坏了认知自然的核心根基“确定性” ………场::只能由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),不必要的,无质量无运动的多余虚幻想象。……地球场给你引力,你给地球场引力,然后地球场给地球引力。这是笑话!!!~~~场与波都是捕风捉影之法,意义很小,破坏巨大。……伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,当然是光子。用了电磁波来解释而已,电磁波理论是有用的数学方法。一个具体问题::电流磁场与电子磁矩啥关系???

  • 2024-05-29 00:49

    既然广义和狭义的相对论都解释不来,那我们以中性相对论来解析,就事半公倍了。

  • 2024-05-26 16:42

    光速不变,一切尽在光的笼罩之中…

  • 2024-05-26 21:55

    时空关系????空间是自然存在,时间是意识概念(如同圆与惯性系)。时间是意识记忆序列的标识符,没有记忆就无法观测时间和运动变化,意识记忆有绝对顺序就是绝对时间,观测时刻就是现在。时间可以外化定义,主观规定摆动次数度量时间,给定的时间定义当然是绝对唯一的,不应改变。非惯性系钟摆改变了空间位置,会受物理规律变化的影响而变化,违反了时间定义,钟变了不是时间变了。圆、时间、惯性系等虽然不存在,用于表达观测现象是十分强大的!!!空间某点与哪个时间有关?只能瞎编使劲骗,永远说不清。 ………物质粒子永远只“在意”它现在受到的外力,保持自己质量本性,没有任何未来计划和目的。虚幻相对时空观念是悖论斯坦破坏传统绝对时空观的恶果。 ……少年意识记忆数量少,感觉时间慢,老年人恰恰相反。

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