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两束方向相反的光,对其中一束光而言,另一束光的速度是二倍光速吗?若不是,为什么?

  在人类社会中,大致有三种不同类型的人际关系。

  其一是在现实的生活中,一个人的行为会受到其周围人群的影响与约束,具体表现为其行为必须符合当时的社会道德与法律;

  其二是旁观者的观察,观察者可以同时调研不同阶层的人是如何生活的,这些不同群体的人并不会因为有人观察而相互影响;

  其三是某一层次的人观察另一群体的生活,其会因为阶层的隔阂而无法看清全貌,甚至会因为偏见而不能客观地认识自己所看到的人与事。

  在自然界也是如此,也存在着影响物体运动的物理背景。比如,水会影响鱼?的游动、空气对鸟?的飞行也会产生较大的阻力。

  而最为本底的物理背景,是由不可再分的最小粒子,即是由普朗克常数h定量的量子,所构成的量子空间。

  在我们的宇宙中,任何物体的运动都难逃量子空间的影响与束缚,表现为受到空间量子的不对称碰撞?。

  因此,类似人类社会的三种人际关系,对物体运动速度的影响也有相应的三种不同性质的关系。

  其一是物体的运动会受到量子空间的影响,速度越大,空间量子的不对称碰撞也会越多。于是,其在达到光速之前,就会因量子空间的挤压而解体。所以,任何物体的运动速度都无法达到光速。

  其二是旁观者对不同物体运动的观测。由于两个不同物体的运动是彼此无关的,它们只是各自受到量子空间的影响。所以,两者的相对速度可以超过光速,但至多不会超过两倍的光速;

  其三就是题主问到的,运动的一方观察另一方的运动。由于受到量子空间传播速度的限制?,当两者的速度超过光速时,就脱离了彼此的视野,看不见对方了。

  总之,由于存在着物理背景,存在着由最小粒子构成的量子空间,物体的运动会受到限制。而且,只有相对于物理背景的运动才具有实际的物理意义。

  因此,对于两束反向发射的光,在旁观者看来它们的相对速度是二倍光速;而对于其中的某一束光来说,根本就不存在另一束光;然而,作为物理背景的量子空间,则只会分别限制不同的光子运动。

  首先,答案肯定不是;其次,这是一个好问题,能揭示一个物理学上最重要的东西:概念定位与物理过程。

  很多人下意识都会以狭义相对论来解答这个问题,思路其实没错,但问题是忽视了狭义相对论运用的前提。

  狭义相对论有两个基本原理:第一、光速不变原理。这个大家都知道,于是有人基于此,就给出了最终答案:30万公里/秒,光速不变嘛。

  但狭义相对论还有一个原理,是大多数人常常忽视的,就是第二原理:狭义相对性原理。

  什么意思?

  意思就是狭义相对论只适用于惯性参照系。什么叫惯性系参照系?

  在初中物理中,把“惯性系”定义为受力平衡的参照系,是基于牛顿运动定律的有效参照系,又叫惯性坐标系。即满足惯性定律,作匀速直线运动或静止的参照系叫做惯性参照系。

  以牛顿的角度简单来说,在地球上,地面就是“惯性参照系”;跳出地球,就需要考虑地球自转的离心力,所以在太阳系中,太阳接替地球成为“惯性参照系”;跳出太阳系,银河系中心就成为了“惯性参照系”。

  判定“惯性参照系”是运用牛顿运动定律与狭义相对论的一个重要前提。

  而题主的问题在一个“惯性参照系”中吗?

  牛顿的惯性定律只适用于宏观物体运动,所以作为波粒二象性的光,没有惯性可言,更不能作为惯性参照系。讨论光有无惯性和把光做参照系是没有意义的。

  题主的问题把光当成宏观物质在说了,具有误导性。还有既然光对于任何物体都保持一样的速度,光的运动方式本身就不是经典物理学能解释的,更无法用经典物理学理论来说两个光之间的相对速度。

  如果非要看成宏观物体的相对运动,套公式进行计算,请看下面。

  洛伦兹相对速度公式:

  △V=V1-V2/(1-V1·V2/C^2)

  V1=C

  V2=-C

  最后得出△V=C,就是大多数人认为的光速不变,还是30公里/秒的运算支撑结果。

  但是这里只有数学运算结果,而物理与数学的最大不同就是,物理必须要对过程负责。所有的物理方程必要具有物理意义,要有清晰的物理概念及前提,否则这样的公式运算是不成立的。

  细心的朋友会发现,上面说的“惯性系”其实都是以牛顿的角度来定义的。这就有个最核心的问题,牛顿定律是建立在绝对时间和绝对空间的基础之上的,而相对论打破了这一基础,时空是可以扭曲可变的。

  那为什么牛顿定义的“惯性系”还能适用于爱因斯坦的狭义相对论?

  一种解释认为:

  爱因斯坦其实只给出了一个哲学性的概念解释,或者说直接甩锅给了死去的牛顿。

  他告诉大家,你们去套用牛顿的“惯性系”就行了,但他却革了牛顿定律的命,没有了绝对空间和绝对时间,牛顿的那些定律如何推导出来。(这里并不是说牛顿错了,牛顿定律是相对论低速情况下的近似解,近似但毕竟不是,就像相对论也并非完美。)

  这样,关于“惯性系”的定义就成了一个逻辑上的循环证明。也就是说,爱因斯坦并没有给“惯性系”一个基于相对论的科学定义,但却让大家都认可了他的思想逻辑,这就是爱神的高明之处。

  至少到目前为止,对于宏观世界,相对论都解读得很好,所以也没多少人去纠结这个问题了,但相对论绝对不是终极理论。

  我敬佩爱因斯坦,不是因为他提出什么令人震惊的理论,而是因为他是一个站在思想巅峰的大神,这些理论只是证明了这点而已。

  哈哈,这个逻辑成立吗?

  另一种解释认为:

  爱因斯塔的解释是一种“同时性定义”,什么意思?

  因为绝对时间和绝对空间没有了,不是就没有绝对意义了吗,那就全部改成相对意义吧。世界上没有绝对意义,都是相对意义,所以牛顿定律在相对意义下都是成立的,只要是成立的,其中的“惯性系”定义我们大家就都可以用。

  这里就是最烧脑的地方了,理解了没?

  但为什么一种相对意义下得出的定律,在不同种相对意义下,一样同时可用?这一点其实并没说透。

  而解读这里的关键,是否就是量子力学与相对论结合所缺失的一环?因为这能通过量子纠缠特性来解释。

  量子纠缠是指两个相互纠缠的量子离得再远,它两之间的感应是同时瞬达的,虽然它们不能传递信息,但是否可以传递物理定义,如果可行,不同的相对意义下才能共用一套物理定义。(可能表述不是太合理,大概这个意思)

  为什么说相对论难以理解?虽然公式大家都知道,但研究物理问题并不是套公式就行的。

  相对论难就难在如何定义,在相对变化的过程中找到一个立足点,再去分析思考。一千个哈姆雷特有一千个立足点,但只有一个是正确的。

  还有对相对论概念的解读,一些科普文的不靠谱也是造成很多人不相信相对论的原因所在。

  比如“尺缩效应”解决的是测量问题,而不是大多科普文说的“视觉效果”(这也是为什么叫“尺缩”而不是“物缩”),因为并不一定看物体变扁了,角度不一样,还可以看起来比测得的长。

  当然为了让大多数人看懂,高深的概念偷换成简单的概念,有时似乎也在所难免。

  (自知认知有限,见识浅薄,却妄议爱神相对论,如有其它见解,还请指正!)

  当年爱因斯坦的相对论一出,有记者曾经采访天文学家爱丁顿博士,问他是不是当时世界上仅有的三个能理解相对论的人之一,爱丁顿认真的思考后回答“我正在想谁是第三个人呢。”所以,题主在一百年后,仍旧对相对论感到迷惑,其实也是可以原谅和理解的。

  很多同学都把E=mc2,等同于相对论本身。觉得你一直强调相对论怎么复杂怎么难以理解,这不是一个小小等式就看完了吗?说不定,我们哪天脑子一抽,就也发明了第二次相对论也未必哦。

  那我也不做多余的解释,我给一个相对论求解的表达式,大家试试也来灵光一闪,看看有什么新的推论?

  好了,这个我不展开,如果仍旧有自信的同学,在回复中我们再自行深入探讨一下灵光一闪的问题。

  牛顿的理论,到今天,我们仍旧在大量的应用,测出地球的三围、预测行星的轨道,简直无所不能,为什么呢?因为人类仍旧大部分时间在处理低速宇宙的问题,并且计算简单啊——虽然用相对论一样可以得出相同的解。

  爱因斯坦呢?在高端的宇宙探索中,不断的证实着牛顿宇宙无法到达的边界,爱伊斯坦到达了。

  最著名的就是“赫尔斯-泰勒”根据相对论推测的脉冲星系统,观测到引力波存在证明,使广义相对论精确度和实验结果吻合到10的负十四次方——堪称物理历史上最精确的理论没有之一!

  很多同学问,那么相对论的直接应用呢?正如麦克斯韦当年回答电有什么用?——“你问一个刚出生的婴儿,他现在有什么用”?

  我是猫先生,感谢阅读。

  相对论很难背常人理解的原因在于尺度,在于世界观。

  要搞清楚这个问题,我们要先从“时间”说起。首先,时间是什么?其实你很难给出一个十分精确的定义,直接暴力解决这个问题是没办法的。但是在科学领域,任何物理量都要做出明确的定义。无法直接定义其实并没有关系,我们还可以用其他的定义方法,也就是测量定义法。

  我们确实不知道什么是时间,但是我们知道的是古人其实知道一天是一天,他们是咋观测的呢?是通过天象,一个白天一个黑夜就是一天;太阳在天球上转一周是一年;月亮在天球上转一圈就是一个月。

  发现没有,其实时间是周期性发生的事。你可以把时间理解成一种运动。为何?

  我们再来看看时钟,最早是钟摆,就是来回晃的那种,你发现没有钟摆的计时就是靠运动。

  再来说说我们手上带的表,比如石英表,它是靠什么来工作的? 直接给出答案:振动。

  即使是现在超高精度的原子钟,已经是靠周期性的运动来计时。所以,从测量定义法出发,我们发现时间是一种周期性的运动。

  你再仔细思考一下,既然时间本身是一种周期性的运动,那它会不会受到运动的影响?是的,爱因斯坦正是回归到了时间的测量,提出了相对论。那具体咋推演的呢?

  我们先来看看伽利略,牛顿他们的想法,他们观测运动,发现这么一个问题,那就是如果你要研究运动,就得先选定一个参考系,就比如说:一个人在车上走,如下图。

  相对于车子来说,人的速度就是5m/s。而相对于地面观测者来说,人的速度就是10+5=15m/s。发现没有,这其实一个叠加的关系。这也是伽利略提出的“伽利略变换”。这让我们知道一个道理:谈论运动(速度)至少你要选个参考系。

  后来,麦克斯韦提出了麦克斯韦方程,他发现变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,于是预言了电磁波,并发现光速和电磁波的速度几乎一摸一样,于是他又预言光是一种电磁波,而赫兹用实验证明了这一点。

  但是问题来了,麦克斯韦的理论当中有个奇怪的东西,就是光速c,这个光速c=1/ε0μ0(ε0是真空介电常数,μ是真空磁导率,都是常数),也就是说,光速不需要一个参考系的存在。这就和伽利略,牛顿他们矛盾了。但牛顿理论和伽利略的理论实在是太精确了,谁错了物理学大厦都受不了。科学家想了很多办法,最后都失败了。

  这时候,一位26岁的小伙,也就是爱因斯坦,提出了一个石破天惊的想法,就是把伽利略变换和光速在任何惯性参考下不变结合起来。光速不变,那啥变呢?

  时间和空间!在牛顿的世界观里,时间和空间是独立的,而且对于任意观测者都是一样的,意思是对你来说是1秒,对我来说也是1秒。

  但是爱因斯坦认为不是这样的,还记得刚才说到的时间的定义么?时间本身是一种周期性运动,因此,他认为时间是会因为运动而改变的,空间也是一样的。准确来说,就是运动的物体相对于惯性参考系,时间会膨胀,尺寸(空间)会缩短。

  所以,在这套体系里,速度不再是叠加的,而是由这两条基本假设推导出来的速度公式。这个推导过程其实很简单,初高中的水平完全可以征服。多说一句,据我了解现在的高中生也要亲手推导这个公式的。

  现在,我们回到题主说的问题上,

  两束方向相反的光,我们就把两束光c带入公式,最后v=c,也就是说,他们相对于对方的速度还是光速c。

  所以,我们惯用的牛顿的那套速度叠加公式,其实在高速状态下误差就会极其大,而在低速下,其实是蛮符合的。不过如果你好事,把狭义相对论的速度变换公式用在低速下,你会有一个惊人的发现,还拿刚才小车的例子来算,

  地面观测者v=(10+5)/(1+(10*5/9*10^16)=15/(1+5*10^-15)≈15,和牛顿的叠加是几乎是等价的,在10的-15次方的上有微小到差异,这个是我们目前测量工具都没有办法测出来的微小差异,这也是为什么牛顿力学这么符合我们的直觉,因为我们就是生活在一个宏观低速的世界里。

  而当速度越接近于光速时,牛顿力学的误差就大到非常离谱的状态,而爱因斯坦的相对论依旧是适用的。

  不是,从每一束光去看另一束光,用的是自己的时间,这时候自己的钟会变慢,所以计算的时候要加入时间修正量,如果从第三方上帝视角观察,两束光的起始时间不一样,假如东西两个方向分别发出,上帝视角从西向东观察那么东边的先开始计时,而如果上帝视角和两个光源都相对静止,那么整个参考系一定也能分解出相对两束光的运动方向,因为不存在绝对空间,逆着参考系运动方向的光也是先发出,而两者所走过的路程也不一样,如果在宏观世界都以光速作为参考讨论两列相对的火车,那这个影响很小,但高速运动这个影响就很大了,这个是可以精确计算的,火车的算过,光的没算过,但道理应该一样,狭义相对论的问题,但想解释精确不容易

  光速不变,光对于所有参照系都是光速,也就是说:光子对于所有参照系都是光速,任何两个光子之间的相对速度都是光速,所以光束不存在方向相反的问题。不管是这两束光运动方向是相同还是相反,它们之间的相对速度都是光速,人应该是分不清这两束光的相对运动方向的,光没有方向,光速不变很显然是一个谬论。

  光速不变,同一束光中的任何两个光子之间的相对运动速度也是光速。在同一束光的两个相邻光子中,前一个光子发现后面的那个光子以光速向自己飞来,但距离永远不变,后一个光子发现前面的那个光子以光速飞离自己,但距离永远不变,所以光到运动目标的距离永远不变,光速等于零速度,光速不变很显然是一个谬论。

  两束方向相反的光,对其中一束光而言,另一束光的速度是二倍光速吗?

  能找到的所有物理课本上,光速是一个常数,它不随光源速度的改变而改变,无论怎样改变光源的运动速度,即使两速相对的光相向而行,它们之间的速度依然还是光速,是不是有些懵逼?无论如何,谁看到这样的结果都是震惊的,下文我们不讨论晦涩难懂的理论,先来举两个案例,来证明下光速到底会不会随光源速度变化的!

  这个案例来自于某篇科普音频,种花家觉得很有道理,在这里介绍给各位,假设的条件是这样的:

  假设一个人对着另一个人开枪,那么被枪击者会看到这样一个过程,被害人会看到凶手扣动扳机,然后击锤重重的敲击在子弹的底火上,最后看到子弹从枪口狂奔而来,击中被害人,这就是光速不变条件下的过程!那么假如光速会随着光源速度变化时又会是个怎么样的过程呢?

  被害人可能会先看到子弹朝这他飞过来,因为光速随光源变化嘛,子弹速度很快,因此子弹上的光会先到达被害人眼睛里,然后再看到扣动扳机,因为扣动扳机的光比较慢,光源基本静止的,最后则看到则是击锤的动作!

  各位有没有发现,因果律变了,子弹先到,后扣动扳机,再是击锤的动作!所以第一个案例告诉我们,光速不变维护了因果律!

  在夜空中有很多这样的天体,就是两颗恒星互相环绕公转,在我们地球上观测看来,除非是公转平面垂直地球方向,否则我们必定会看到一颗恒星靠近地球时,另一颗恒星必定是远离地球的!当前光速不变的条件下,我们看到的双星都是清晰可辨的!那么假如光速会随着光源变化呢?

  如果光速会随光源变化,那么双星看起来就是一团朦朦胧胧的光,因为同一颗恒星在于地球速度相对速度不同同情况下发出的光会先后到达,所以两颗恒星的光可能混在一起,让我们看起来分不清到底是哪颗恒星发出的光,而直接表现就是一团朦胧!

  幸亏我们这个宇宙的光速遵守光速不变理论,要不然有太多的天体会因为光速随光源变化而看不清!那样的话,很多秘密就会被宇宙吞没了

  我们先给出了结果,然后再来追溯下历史。经典力学中的速度叠加公式叫做伽利略变换,原理很简单,比如你在一列时速300千米的高铁上以10千米时速步行,那么你相对于地面的速度就是310千米/小时,这是我们中学就学到过的硬道理!这个变换是建立在牛顿绝对时空观的基础上,但爱因斯坦的广义相对论告诉我们,时空并不是铁板一块,而是会受到引力影响,因此经典力学在19世纪受到了各种挑战。

  首先发难的就是水星进动问题,勒维耶用150年的水星观测记录和计算值相比,结果发现了观测与计算的差异,尽管是一个极小的数字,但勒维耶并没有忽略,纠着这一点点“误差”不放,结果就是差点把牛顿从神坛上顶下来的著名水星进动问题!

  第二个则是麦克斯韦在十九世纪六十年代发布的一组四个方程组,其中最后一个描述的是变化的磁场产生电场,而麦克斯韦的发现就是变化的电场也能产生磁场,这产生的会是一个无限循环的电磁波,不过我们今天说的倒不是这电磁波,而是从个公式能推导出电磁波的速度就是一个常数!当然那会对电磁波是不是光还有点糊涂,但麦克斯韦认为电磁波就是光。

  第三个则是1887年的迈克尔逊-莫雷的以太漂移实验零结果,尽管洛仑兹给出了洛仑兹变换来解释为什么会零结果,但洛仑兹却没有抛弃以太这个概念,使得他与狭义相对论失之交臂!

  因为爱因斯坦的光速不变抛弃了以太这个概念,另一个同时性的相对性则来自于庞加莱的本地时以光速同步,另外狭义相对论效应的长度变换就是洛仑兹变换,因此爱因斯坦曾经说过,如果他不推出狭义相对论,那么最晚5年内也会有人推出来,这个人有可能是洛仑兹,也有可能和庞加莱一起!

  上图为洛仑兹公式的变换,有兴趣的朋友可以去了解下其推导过程,如果没兴趣那么就相信数代科学家心血得来的光速不变理论即可。

  当然上文中的水星进动是下一相对论解决不了的,必须要用到广相的时空观,只有广相才能解决水星进动的问题,但这不是光速不变的范围,本文就不展开了。

  光速是初学相对论的人最大的障碍,如何理解光速也是决定你能否理解相对论的关键点。

  按照现代物理学的分类,我们将研究对象分为低速和高速世界,微观世界和宏观世界,弱场和强场。

  低速世界严格来说就是光速10%以下的运动现象的总和。高速世界则是每小时3万公里以上的运动现象的总和。

  微观世界通俗地说就是原子以下的次原子世界,宏观世界就是大分子之上的物质世界。

  低场就是弱引力场,强场就是强引力场,比如黑洞。

  如果我们处在世界就是在地球这样的弱引力场中,周围至少99%物体的运动速度都没有超过3万公里每小时,常接触到的物体也是毫米级别。那么牛顿力学就十分适合这些场景。

  一旦速度超过3万公里每小时,牛顿力学就开始失效。这时候我们就要抛弃牛顿力学的经典思维。

  这种最常见的定势思维就是速度叠加原理。

  按照伽利略变换,对于两个相同方向运动的物体之一,其以同向物为参照物测量的速度就是它们各自相对于地面的速度之差。

  如果以相反方向运动,那以相反物为参照就是速度之和。

  这是经典力学朴素的速度叠加原理。按照这一原理,任何物体的速度没有极限,这在于参照物的选取。

  而要了解相对论,一定要切记光速是不变的。这是自然事实,是麦克斯韦的理论预言,更是无数实验验证的结果。

  只要切记光速不变的事实,它不会因为观察者的改变而改变。

  光速不变直白一点地说,不管观察者跑向光线测量光速还是远离光线测量光速,其结果都是c。

  那么不管是两束同向还是反向的光线,其光速都是恒定了,没有两倍光速的测量结果。

  可能题主会疑惑,如果我以光速运动,测量相反方向的光线速度,是不是得到得结论就是2c。

  首先观察者有静止质量,不可能以光速运动。而一旦上升到光速,测量将失去意义。

  你只可能接近光速来测量相反方向的光线。这时候你得到得结论就是这束光线的数值依旧是c,与此同时你的时间却改变了。

  因为你要测量光速必然要用到距离除以时间的公式。

  c=s/t。当你测量光线,得出它的距离与时间都是同步改变的,唯一不变的结论就是光速。

  这也解释了为什么速度越快时间越慢了。

  即便你可以无限加速,也只能无限逼近光速。因为速度越大,运动质量就越大,维持更大质量的物体加速所需的能量就越大。即便全宇宙的能量都供你来用来维持加速运动,你都无法达到光速。

  如果你接近光速运动,地球的人看到你所在的飞船内的运动路径是加长的。地球人得到你的时间也是加长的。路径和时间的加长在计算上会抵消掉,测量者得到的光速依旧是定值。

  相对速度的计算是我们每个人都会的,日常生活中计算相对速度只需要把两个速度相加就行了

  委实说这种想法并没有什么错,毕竟日常生活中的相对速度都是这个道理,但这只不过是人类一直生活在低速运动状态下的“固有想法”而已,爱因斯坦之所以说“光速不变且不可被超越”是因为他想的是“高速运动状态”

  人类在讨论速度的时候总需要找一个参照系才能把速度“参照”出来,但光速的“每秒三十万公里”并不需要参照物,因为麦克斯韦当年统一电和磁的时候得到了一个可以直接计算光速的公式,由于公式两个参数都是常数因此光速并不会因为参照系的变化而变化。

  两束方向相反的光,对其中一束光而言,另一束光的速度是二倍光速吗?若不是,为什么?

  在日常生活中,我们经常会接触到两个物体之间的相对速度问题,比如两辆汽车的相向而行、相背而行,跑步时候的追及问题,等等,在处理这些情形所涉及速度问题时,我们以其中一个运动的物体作为参照系,然后将两个物体相向时的速度相加、同向时大速度减去小速度,这样得出的数值作为两个物体的相对速度。这种处理得到的数值非常符合我们的认知,比如两辆以100公里/小时速度相向行驶的汽车,我们如果坐在其中一辆里面,看到另外一台的汽车速度会明显高于100公里/小时,原因就在于有一个速度的叠加问题,就也是经典物理学中的“伽利略变换”。那么,两束相向发射的光线,会不会出现这种速度的叠加呢?

  要回答这个问题,我们必须先要了解光速不变原理及其表达的内涵。1905年,爱因斯坦提出了狭义相对论,主要观点是,时间和空间都与宏观物质的运动有关,而且运动的速度大小会直接影响着时间和空间变化的程度。狭义相对论的提出,是基于运动学的基础,将力学和电磁学进行完美结合,提示了物质存在所依赖的空间和时间两个重要因素的统一性,以及它们与运动本身的关系。狭义相对论适用于四维时空下所有宏观物体以及惯性参考系中的物体运动。

  狭义相对论提出有两个著名的假设,其中一个是狭义相对性原理,即物理定律在一切参照系都具有相同的形式。另外一个假设就是光速不变原理,即在所有的惯性系中,真空中光线沿各个方向传播的速率,都等于同一个恒量值,这个值与光源和观察者的运动状态没有关系。

  大家都知道,光速在真空中的传播速度为30万公里每秒,按照光速不变原理,我们可以很直接地得出这样的两个结论:

  一是光源运行速度的变化不会改变光速,即无论是在相对于观察者静止的光源上发出的光线,还是在高速运动的光源上发出的光线,其传播速度都是30万公里每秒。

  二是观察者所处的不同惯性系也不会改变光速,即无论你是在地球上,还是在运动的火车上,还是在国际空间站里,所观察或者测算出的光速也保持30万公里每秒不变。

  光速不变原理,从表达的定义以及通过它要表达的狭义相对论结论,我们至少可看出,这个假设的前提原理,至少包括如下几个内涵:

  1、光速不变有个前提,那就是在真空中,处在不同的介质环境光速会发生变化。

  2、如果观察者不在同时运动的两个物体中的任何一个参照系内,即两个运动的物体,相对于第三方观察者来说的运动速度可以超过光速,但是这两个物体相对于对方的速度不能超过光速,也就是说以一个运动物体为参照系,另外一个物体的运动速度不会超过光速。

  3、影子的速度可以超过光速,比如恒星光线被行星遮挡以后,随着行星位置的移动,那么在非常遥远的地方留下的阴影移动速度,就会有可能超过光速,但是影子的移动不属于物质的运动,不会传递任何能量和信息。

  4、宇宙膨胀速度超过光速,这是第2种情况的一种宏观表现,是宇宙膨胀处的两个点发生相对位移,从地球第三方观察角度进行测量的相对速度,而且在膨胀过程中,距离地球越远的区域,其膨胀速度会有累加效应,距离地球越远,膨胀进行得越快。

  刚才提到了,爱因斯坦在明确狭义相对论时,对于不同参照系的观测者,物体运动所经历的空间和时间,会因运动速度的改变而发生改变,而且越接近光速,则这种差异就会越明显。

  通过运用洛仑兹变换,可以推导出运动物体在一定的速度条件下,其所在参照系内的空间和时间与第三观察者之间测量出的空间和时间的转换关系,具体推导过程这里就不再赘述了,推导出的公式结果分别为:

  空间变化关系:ΔL=ΔL*(1-(v^2/c^2))^(1/2)

  时间变化关系:ΔΤ=ΔΤ*(1-(v^2/c^2))^(1/2)

  其中ΔL’和ΔΤ’分别是运动物体所在参照系内所观测到的移动距离和所经历的时间,ΔL和ΔΤ分别是第三观测者所在参照系内所观测到的运动物体移动距离和所经历的时间。从中我们可以看出,运动物体的速度当达到光速时,将第三观测者测出的距离和长度代入,则处在运动参照系内的物体,其实际上所移动的距离为0,经历的时间也为0。

  爱因斯坦的狭义相对论,对于从运动物体所在的参照系出发,已经没有独立的时间和空间概念了,只有时空的统一概念。而对于处在两个不同参照系运动的物体,速度也已经不能再进行叠加,只能依靠狭义相对论的两条基本假设进行推导,推导的主要过程如下:

  1、首先明确两个不同参照系中物体的时空坐标,对于观测者的时空坐标我们确定为(x,y,z,t),对于运动物体所在参照系的时空坐标为(x,y,z,t)。

  2、设定运动物体相对于观测者的运动速度方向沿着x轴,运动速度为u,则运用洛仑兹变换,得出坐标点位与时间的对应关系为:

  3、在观测者参照系中,物体位移与所经历的时间为:x=v*t,将x代入上式,可以得出:

  4、对上式进行积分,通过x和t的对应关系,求出在观测者参照系中的物体运动速度:

  从上式我们可以看出,在狭义相对论的框架下,从任一参照系来观察另外一个参照系内的运动物体,其相对速度v与二者在各自参照系内观测到的运动速度v和u存在着一定的叠加关系,但不是简单意义上的求和叠加。

  应用这个推导出来的公式,我们设定两束光线相向而行,可以看出最后的速度叠加结果为:v=(c+c)/(1+c*c/c^2)=c,也就是说在其中的一个光束参照系内,看到另外一条光线的运动速度仍然是光速。

  

两束方向相反的光,对其中一束光而言,另一束光的速度是二倍光速吗?若不是,为什么?

  

两束方向相反的光,对其中一束光而言,另一束光的速度是二倍光速吗?若不是,为什么?

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