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?

2020-12-03 天文在線

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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。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?)。

現在我們可以使用三種可能的參照系:

-「靜止」位置,即使用不相對於原始觀察者移動的參考系

-以及每個運動物體的參照系。

如果你從靜止的觀察者看每個物體,每個速度是0.75c。

現在如果你選擇一個移動的物體作為參照系,它們以恆定的線性速度相對移動,因此我們可以應用狹義相對論(洛倫茲變換)。然後從每個運動物體上看它們的相對速度是0.96c(如果我的計算是正確的),而不是1.5c。

我遺漏了什麼嗎?

好吧,說清楚了,我必須強調一個事實,我說託特先生的回答是「誤導」,而不是「錯誤」。從理論上講,原始答案中的所有內容都足以理解其含義。然而,我仍然認為,談論「靜止」觀測者的觀點並定義從「靜止」觀測者觀察到的光子相對速度是有誤導性的。當然,觀察者會看到一個光子在c的速度移動,另一個在相反的方向以c的速度移動。但是,取絕對速度之和是令人困惑的,正如我在網上多次看到的,這將導致誤解。

現在的問題是,在我們當前的模型中,不能使用光子作為參考幀。然而考慮到極限(c-epsilon)而不是c(或者代替我的0.75c例子)就足以讓人們理解,當粒子相對運動時,你並不想僅僅增加速度(或者速度),而是使用洛倫茲變換。

讓我們從一個簡單的案例開始。假設你有兩艘宇宙飛船和你自己,你決定測量它們的速度。你會發現A船向左行駛0.7c,B船向右行駛0.7c。狹義相對論(SR)說沒有什麼能比c跑得快。在這種情況下,確實沒有什麼能比c跑得快。現在你說它們的相對速度看起來是1.4c,但是在你的參照系中沒有任何東西在以1.4c移動。到目前為止,還不錯。現在,你可能會問,B船不是像A所看到的那樣以1.4c移動嗎?不,速度相加定律在相對論中被修正了。結果是一個小於c的值,所以一切都很好。

現在,沒有慣性參考系,光子是特殊的。在SR中,它們總是以c的速度行駛。如果你無論如何都要向前行駛,你會發現它同時以0和c的速度行駛,這毫無意義。同時,在洛倫茲變換中,得到了一系列除以零的結果。不妙!你會得到更多毫無意義的東西。在我的物理學生涯中,我從未聽人提起過這個問題,更不用說從中得到什麼有用的東西了。

注意,當速度比c慢時,速度相加的相對論定律成為通常的定律。

速度相加定律和直線運動版本的簡短推導可在此處找到:

如何導出速度加成方程?

速度相加定律,如該答案所示:

u是物體在你的幀中的速度

v是移動框架的速度

u′是觀察者在運動框架中看到的物體的速度

你可以看到當速度比c小的時候,

u=v+u′

這是我們都熟悉的一般規律。

作者: quora

FY: Loria

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