為什麼以光速相向飛行的兩物體的相對速度不是2C?相對論還適用?

2020-12-04 宇宙新思維

看到了網上的一個提問,下面是我的回答。

正因為相對論還適用,所以速度才不是2C。不過題目中的一些概念需要先釐清一下,比如說光速運動的物體實際上是不存在的,下面我們簡單分析一下。

一,光速運動的物體是不存在的

相對論告訴我們,任何靜質量不為0的物體的運動速度是達不到光速的。因為達到光速,物體的質量就會變為無窮大,如果宇宙是有限的,那全宇宙的能量也推動不了這個物體。所以說一個物體真達到光速的話,那就是衝破宇宙,整個宇宙對於它來說崩塌了。相對論經受住了實踐的檢驗,到目前為止還沒有發現超光速現象的發生。比如說人們用大型對撞機對粒子加速,

世界上最大的歐洲大型強子對撞機

無論加多大能量,也無論把對撞機造的多大,只能使粒子接近光速,甚至現在已達到光速的99.9999……%,但就是達不到光速。

二,亞光速以下的速度合成符合相對論

相對論適用於宇宙間的所有運動,不但適用於亞光速(無限接近光速)運動,也適用於日常的低速運動。不但適用於低於光速的物體運動狀況,按常規思維也應該適用於靜質量為0物體的光速運動狀況。在日常的低速運動範圍,我們常用牛頓力學來進行計算,因為牛頓力學是狹義相對論在低速領域的近似理論,且計算上比相對論簡單,對於遠遠低於光速的情況,牛頓力學的精確度足夠了。對於速度的合成直接用牛頓力學框架下的伽利略變換即可,比如說對於在一條直線上互為反向運動的兩個物體的相對速度就是V=V1+V2。其中V為兩物體的相對速度(為了簡化,這裡的速度都指速率),V1和V2分別為兩物體相對於地面的速度。如果用相對論來計算,伽利略變換就要被洛倫茲變換代替,具體由以下速度合成公式:V=(V1+V2)/(1+V1V2/C),其中C為光速,公式比較麻煩。

當V1、V2<<C時,上式的分母1,則VV1+V2,即趨向於牛頓力學的公式,為了計算方便,這時完全可以用牛頓力學公式。

但當V1和V2的速度接近光速時,牛頓力學速度公式和相對論速度公式結果相差很大,這時就不能再用近似的牛頓公式,而要直接用相對論的速度合成公式。因此無限接近光速的亞光速情況下,兩個物體以速度V反向運動的相對速度不再是V+V=2V,而是(V+V)/(1+VV/C)=2V/(1+V/C)。

三,常規思維下,相對論仍然適用於光速運動合成

兩個靜質量為0的物體(只有這種前提才有可能達到光速)各以光速C反向運動的相對速度的確不是2C,而是光速C。這個結論就是由這個公式得出,相對論依然適用。有興趣的可以算一算,只要把V1和V2都換成C,其結果就是光速C。問題是這種光速運動的物體有嗎?似乎只能拿兩束光來舉例了。

上述的結論正是相對論中光速不變原理的體現,所謂光速不變原理是指光在真空中的傳播速度對於任何參考系來說是不變的,與觀察者和光源的運動狀態無關。這充分說明,光不僅是不變的,它還是物體運動的極限速度,也是物體永遠達不到的速度,通俗點講,就是你永遠追不上光,你即使達到99.999999……%的光速了,光對於你來說仍然是光速。

四,一點反思

物體真要達到極限速度――光速了,比如上面所說的兩束光反向運動,它們的相對速度真是光速嗎?光本身是沒有時間和空間的,因此它們之間是沒有速度可言的,別說2C,連C也沒有了。光與光之間的關係就像愛因斯坦說的,「如果追上了光會如何?」,

這一點連他也想知道,從這一點上說,光速似乎是相對論的適用界限,但相對論又是宇宙的法則規律,所以正確應該說光速是宇宙的最高限制,是相對論的使用限制,換句話說,相對論不必適用它。

相關焦點

  • 以接近光速相向或背向而行的兩物體為什麼相對速度不是兩倍光速?
    為什麼這麼說呢?其實,我們要搞清楚一點,那就是我們是生活在宏觀低速的世界裡。而牛頓的理論其實就是在描述人肉眼觀測和低倍望遠鏡觀察到的世界。那種速度超級快,引力超級大的世界,在牛頓的年代,人類還沒有能力去觀測到。所以,牛頓總結的這一套理論,說白了,我們可以叫做人類生活中的物理學,因此它很符合我們對於世界的看法,我們也會用得自然而然。
  • 當兩個物體以二分之一光速相向而行,相對速度為光速嗎?
    說到速度就需要提到參考系,沒有絕對的速度,但是可以通過w=u+v這樣的相對速度公式去計算,這樣的公式即使到現在也依然適用,但是有一個前提條件,那就是低速世界,這樣誤差才可以忽略不計,但進入到高速世界這樣的公式就不適應了。我們需要用洛倫茲變換對速度合成公式進行修正如下。
  • 兩艘飛船接近光速相對飛行,它們的相對速度會超過光速麼?
    但是介於單個物體無法達到光速,有些人就打起了相對速度的主意:我單個物體無法超光速,那麼我接近光速總可以吧,比如達到光速的90%,也就是0.9c,那麼我如果讓兩個速度為0.9c物體相對運動,這樣他們的相對速度不就是有1.8c了麼?這不就是超光速了麼? 時光倒流不是夢!!!
  • 若兩個相反方向光速飛行的物體,相對速度是否超過光速?
    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?
  • 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?
    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。
  • 兩艘0.6倍光速的飛船,相對飛行,它們相對速度能否超越光速?
    光速不可超越,可如果我們能夠製造兩艘0.6倍光速的飛船,讓它們相對飛行,它們的相對速度是否能夠超越光速呢?一道數學題有兩艘0.6倍光速的飛船相對飛行,它們的相對速度是多少?這似乎是一道非常簡單的數學題,0.6+0.6=1.2,答案就是1.2倍光速。
  • 兩束反向光,相對速度竟然不是光速+光速=2倍光速,也不是光速?
    一般來說看到光速問題,很多人會直接祭出愛因斯坦的《狹義相對》,然後用論中洛倫茲變換直接代入計算,看起來好像so easy,然而卻忽略了一個問題。洛倫茲變換或者說《狹義相對論》是由兩個公理推導而出的,除了光速不變,還有相對性原理。
  • 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?
    相對運動下的光速運動謎團是最能迷惑人的,很多朋友認為超光速很簡單,根據相對運動,兩輛相向而行的汽車上射出的手電光線就已經超光速啦!當然這從相對運動的角度上來理解是滿分,但這對象是光,光速不會因參考系改變而改變!因此這題被判為零分!
  • 兩個光速物體相向而行,相對速度是否超越了光速?
    首先,假使真的可以造出光速運行的器械,那麼你能看到什麼呢?如果兩個物體是是在同一條運行線路上,那麼你是看不見另一個物體的,因為物體運動速度和光傳播速度相一致,當你要看見的一瞬間,也代表著兩個物體相撞毀滅。當然以上所述並非考慮相對論,但僅僅考慮相對論就很簡單了。
  • 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?
    正如你所說,觀測者不能以光速行進。但是我假設你考慮的是光子速度僅僅是加上去的(因此你提到的是2c結果)。因此,假設我們所說的物體以0.75c的速度朝相反的方向運動(比如說左和右,或者分別以-0.75c和+0.75c的速度,相對於觀察者的x軸)。使用與你相同的推理,這意味著速度為1.5c(但是,再一次,相對於什麼?)。
  • 兩個物體以光速相對逃離,算不算得上是超光速運動呢?可算知道了
    兩個物體以光速相對逃離,算不算得上是超光速運動呢?其實要解答這問題不難,前提你是你要真正了解愛因斯坦提出的相對論到底有了哪些我們大家經常容易忽視的,大家往往忽略了相對論是根據時間和空間提出的,所以說時間或空間並不是單獨存在的。然而又有人要說了,為什麼我們平時生活在同一個時間和空間呢?其實這只不過使我們相對速度太慢導致的,明白了這一點,那麼這個問題就好解決了。
  • 兩束光線向相反方向照射,他們的相對速度是2倍光速嗎?
    另一束雷射的光子遠離速度是否為600000km/s?光線是不能作為參考系的!光速不變原理是狹義相對論的基本假設之一,也是被科學界公認的。題主這麼問一定是受到了伽利略的相對性原理的啟發!其實在相對論發現的前夜,人們就曾懷疑過相對性原理的正確性。
  • 為什麼真空光速相對所有參考系速度不變?
    為什麼真空光速相對所有參考系速度不變?——因為真空光速不變是一個觀測事實。這是因為,當時對於木星衛星的運行規律還沒有完全掌握,所以計算肯定會有比較大的誤差。1728年9月,布拉德雷發現了光行差現象,即星的表觀位置在地球軌道速度方向上的位移。根據光行差角α=v/c(v是地球軌道速度),可以估算光速值,這項獨立觀測使科學家確認了羅默當年所觀測的木星衛星食的延遲就是光速有限的有力論據。
  • 聽說一切物體在時空中的速度都是光速c?
    相信很多人都聽過這樣一句逼格很高的話:在相對論裡,一切物體在時空中的速度都是光速c。 有些人還會把「在時空中」這個定語給省略掉,就留下一句「一切物體都以光速運行」,把讀者的三觀震碎。
  • 兩束反向飛行的光,它們的相對速度是多少?兩倍光速?沒那麼簡單,很少人知道答案!
    一束光對於一輛高速行駛的車來說(無論順路還是不順路)來說,它的速度還是c,對於在地球上靜止的我們來說也是c。一束光對於另外一束光(無論同向還是逆向)來說,這個結果就值得推敲了。一般來說看到光速問題,很多人會直接祭出愛因斯坦的《狹義相對》,然後用論中洛倫茲變換直接代入計算,看起來好像so easy,然而卻忽略了一個問題。
  • 聽說一切物體在時空中的速度都是光速c?
    相信很多人都聽過這樣一句逼格很高的話:在相對論裡,一切物體在時空中的速度都是光速c。有些人還會把「在時空中」這個定語給省略掉,就留下一句「一切物體都以光速運行」,留下讀者在那裡一臉懵逼。而且,我們還知道,在相對論裡,任何有質量的物體,它的速度都不會超過光速。所以,在這種語境下,我們就會覺得「一切物體的速度都是光速」非常反常,甚至非常扯淡了。即便他說了是在相對論裡,你也搞不懂為什麼相對論裡會這樣說。要理解這句話,關鍵就在那個定語「在時空「裡。
  • 相對論說有質量物體不能達到光速,宇宙膨脹超光速是否違反相對論
    相對論說的有質量物體不能達到光速指的是有質量的物體不能通過有限加速達到光速,這是根據光速不變原理建立的四維時空推理得到的。 愛因斯坦在提出狹義相對論時設定了一個公設——光速不變。根據光速不變可以建立了一個包含時間維度的四維時空,而在四維時空中,速度的極限就是光速!
  • 為啥物體速度越快,時間相對越慢,超過光速,可以發生時光倒流?
    但是愛先生憑藉他高超的智商和思考能力,提出了時間和空間是相對的。通俗易懂的講就是,當一個物體運動速度越快,時間過得越慢,物體等於光速的時候,時間可以靜止。物體速度超過了光速的時候,時間會發生倒流。很多人覺得這個是無稽之談,時間怎麼可能靜止呢?上帝對誰都是公平的,時間都是均勻的了,流失。但是相對於那個運動的物體來說,還真不是這樣一回事。
  • 為啥物體速度越快,時間相對越慢,超過光速,可以發生時光倒流?
    但是愛先生憑藉他高超的智商和思考能力,提出了時間和空間是相對的通俗易懂的講就是,當一個物體運動速度越快,時間過得越慢,物體等於光速的時候,時間可以靜止。物體速度超過了光速的時候,時間會發生倒流。很多人覺得這個是無稽之談,時間怎麼可能靜止呢?上帝對誰都是公平的,時間都是均勻的了,流失。但是相對於那個運動的物體來說,還真不是這樣一回事。
  • 站在一個以光速飛行的飛船上跑步,速度會比光速快嗎?
    為什麼呢?要理解這部分內容,需要對相關理論做詳細說明。洛倫茲變換的公式是v' = (v + u) / (1 + uv/c^2),其中c是光速,大約30萬公裡每秒,^2表示「平方」。當u和v跟光速相比很小時,uv/c^2接近於0,分母1 + uv/c^2接近於1,這時v'基本上就是v + u,意思就是當飛船的速度很低時,以飛船外作為參考系,所觀察到的你的速度就是你的跑步速度+飛船的飛行速度,這種情況叫伽利略變換。