網友問:若兩個相反方向光速飛行的物體,相對速度是否超過光速?

2021-01-15 艾伯史密斯

當然不是,如果那麼容易就實現了超光速,那麼光速不變原理還有和意義?

相對於地面參考系,兩個光速飛行的物體相反飛行,它們之間的速度還是光速,這是洛倫茲變換的直接推論。

在1887年,物理學家麥可遜和莫雷兩個人,做了一個震驚物理學的實驗,稱為麥可遜-莫雷實驗:

根據經典力學對光的解釋,光相對於一種名叫「以太」的東西恆速運動,以太參考系就是絕對參考系;地球本身存在自轉,還繞著太陽公轉,然後太陽又繞著銀河系旋轉。

按照這個思路,在地球上不同方向的光線,必定相對於地球參考系存在不同的速度,麥可遜-莫雷實驗就是要精確測定不同方向的速度差,可實驗結果卻震驚了整個物理學。

因為該實驗結果顯示,無論在白天夜晚,還是春夏秋冬,向不同方向射出的光線,傳播速度是完全一致的;該實驗動搖了以太學說,光速不變的現象在很長一段時間內未得到合理解釋。

其中荷蘭物理學家洛倫茲,在1904年提出了洛倫茲變換,試圖解釋光速不變現象,但是他的解釋沒有脫離經典力學,所以沒有揭示光速不變的本質。

直到1905年,愛因斯坦提出狹義相對論,以光速不變為理論前提之一,解釋了麥可遜-莫雷實驗的結果,也徹底推翻了以太學說。

狹義相對論的推論之一就是洛倫茲變換,洛倫茲變換描述的是不同參考系之間的速度疊加法則,與伽利略變換不同。

在伽利略變換中,兩個0.6倍光速的物體相反運行,其相對速度就是0.6c+0.6c=1.2c;但是在洛倫茲變換中就變成了:

v=(0.6c+0.6c)/(1+0.6^2*c^2/c^2)≈0.88c;

對於兩個相反方向,以光速飛行的物體,其相對速度變成:

v=(c+c)/(1+c^2/c^2)=c;

還是光速!與光速不變原理是相容的,畢竟洛倫茲變換就是狹義相對論的推論之一,題設問題也就得到了回答。

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    有質量的物體隨著運動速度的增加,慣性質量會隨之提升,而慣性質量就等效於引力質量,質量增大了,繼續加速所需要的能量也就隨之增大,而隨著速度接近於光速,物體的質量會趨近於無窮大,而繼續加速所需要的能量也就趨近於無窮大。在宇宙間無法獲得無窮大的能量,所以自然也就不可能把一個具有靜止質量的物體加速到光速。
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  • 兩艘飛船相反的方向以光速飛行,那相對速度是否超光速了呢?
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  • 如果我們能以光速飛行,是否意味著時間就停止了?
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    這是個古老的問題,從牛頓提出萬有引力開始,引力這種類似於魔法一般的力量,一直被認為是擁有者無限的速度。因為只有當引力的瞬時作用的時候,牛頓的引力方程才能準確的預測太陽系行星的運動軌道。在牛頓力學中,空間和時間是孤立存在的,它們兩個只是為萬物的運動提供了一個平臺,並不會參與和影響萬物的運動。相反萬物的在空間和時間中的運動也會反過來作用到空間和時間上。
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  • 最快的速度是「光速」,超越光速會發生什麼?
    我們首先來簡單了解一下「光速」是什麼?光速是指光波或電磁波在真空或介質中的傳播速度。真空中的光速是目前所發現的自然界物體運動的最大速度。那麼人類如果以超光速的速度飛行,會發生什麼呢?首先我們知道任何東西都有光波或者電磁波,比如一支鉛筆和太陽,都是通過光速傳播到我們的眼睛裡,而地球的光也正在傳播到各個地方,無限制的傳播,假設人類可以超越光速就可以穿越到很遠很遠,然而就可以看到地球古代發生的事情,因為地球古代的傳播通過光速還沒有傳播到我們那個地方,我們的速度是超光速,所以比光速率先到達!
  • 為什麼一個物體接近光速時,時間會變慢?
    讓我們先退一步,回顧一個事實:根據狹義相對論的假設,一個物體接近光速(或者任何速度)的時候,時間都不會變慢。一種專門設計用來量化時間的儀器在運動或相對於觀測者運動時(速度接近光速),時鐘會走得更慢(稍後會詳細介紹)。愛因斯坦所描述的鐘的類型是一個特定的性質和設計的一個「光子鍾」。在光子鍾內,光在鏡子之間反射。
  • 若地球運行速度達到光速,人類會被甩出去嗎?
    你一定聽說過這麼一個說法:只要你能夠跑得比光速還快,那麼你就可以在時空隧道中隨意穿梭,回到過去或者去到未來。因為在愛因斯坦提出的相對論中,一切靜態質量不為零的物體最快也只能無限接近於光速,永遠無法達到光速。換句話說,無論人類進化得多麼高級,科技水平發展得如何先進,世間萬物也無法突破光速的限制。
  • 光速真是世界上最快的速度嗎?怎麼這些速度都超過光速呢?
    人類堅定不移的相信這個世界上速度最快的物質就是光速了,因為有無數的科學家都這麼說,並給出了理論的公式,既然比我們這些普通人聰明的人都這樣認為了,那光速肯定就是最快的了,其實這種想法從某方面來看是錯誤的!
  • 光速已是最快速度,但如果兩光子背向運動,相對速度會是多少?
    好吧,恕我直言(我認為你是一個非常聰明和精通物理的人),我找到了你的答案(維克多·T·託特的答案是,如果宇宙中的最高速度是c,那麼光子朝另一個光子相反方向運動的速度是多少?)有點誤導。請告訴我哪裡錯了。首先,這個問題至少還需要一個精度:OP所指的參照系是什麼?正如你所說,觀測者不能以光速行進。
  • 宇宙最快星系,遠離速度達2.3倍光速,為什麼它沒有違背相對論?
    根據相對論,物體的速度並不是無限提升,而是有一個限制,那就是光速。不管物體的速度有多快,它最多只能無限接近光速,在很多人看來,超光速現象是不存在的,那事實真的如此嗎?當然不是。事實上,在浩瀚的宇宙中就存在超光速現象,比如宇宙的膨脹,要知道宇宙大爆炸到現在是138億年,而目前人類可觀測宇宙範圍達930億光年。
  • 假如飛船速度是百分之99.99光速,去100光年外的星球,幾年能到?
    速度接近光速,物體的質量會變得無窮大,引起空間扭曲,由於過大的質量,周圍時間的流速會變慢,完全達到光速周圍時間就會流速趨於無窮小,也就是說時間靜止,問題裡說百分之九十九點九的光速,根據相對論計算,走完一百光年,飛船所感受到的時間確實只有五天多一點,因為他們的時間變慢了,地球上的人相對他們來說時間變快了,在地球人眼裡,他們一百年慢動作,而且不老的過了五天。
  • 中國旅美學者成功地使光脈衝群速度超過真空光速300多倍
    東方網7月26日消息:中國旅美科學家王力軍與他的兩位同事最近利用銫原子氣體的反常色散現象,成功地在實驗中使雷射脈衝群速度達到真空光速的310倍之多。這一現象表明光波群能以「超光速」傳播,但與愛因斯坦狹義相對論的基本原則並不矛盾。王力軍等人的成果在20日出版的英國《自然》雜誌上發表後,引起世界科學界的關注,很多國家的媒體紛紛報導。
  • 光本質、質能方程、光速極限與不變的密碼破譯,原子奧秘昭然若揭
    11、光源和光速極限解說之一任何粒子或物體內外,都充斥光的靜態粒子,所以,粒子和物體內外只要出現光速動能的粒子,充斥其周圍的靜態粒子就會將等於光速的動能吸收或者說掠奪,產生光源並形成光波傳散能量,所以開放空間的一切粒子或物體速度無法實現超越光速。這是光速極限解說之一,後續解說。
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    光速不變原理與我們日常所接觸到的速度問題截然不同,這也使人們對此表示難以理解,所以我們需要追根溯源,看看這光速不變到底是從何而來的,光速不變的一個重要基礎就是愛因斯坦的相對性原理,相對性原理是一個非常簡潔的原理,根據相對性原理,在任何慣性系中,所有物理定律都保持不變。什麼意思呢?
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    相對論描述了一種時間膨脹效應,那就是如果一個物體的速度能夠足夠快的話,那麼對於它來說,它的時間會明顯相對變慢。舉個例子,一個太空人在一艘以光速99%飛行的飛船裡飛行了一年的時間(太空人手錶的時間),那麼對於地球上的人來說,實際上時間已經過去了7年之久,如果速度進一步接近光速的話,那麼這個差距就會越來越明顯。 這就是相對論的魅力所在,你或許很難想像為什麼高速飛行的太空人的時間會變慢,這樣一來太空人豈不是間接去到了未來?