將一個手電筒打開並扔出去，手電筒裡的光不就超光速了麼？

2020-09-03 賽先生科普

這是一個經久不衰的問題，質疑的原因也很簡單，因為很多人認為速度是可以無限制疊加的，原先手電筒發出的光，其光速就是大約每秒30萬公裡，而現在你又把手電筒扔出去了，很顯然，手電筒發出的光，其速度就要大於每秒30萬公裡，也就是所謂超光速了（一般說的超光速，都是指數值大於光速數值299792458米每秒）。

規範來說，這樣結論實際上只成立於牛頓力學體系中，也就是速度的疊加規則，就像1+1=2那麼簡單，但這樣的局面在愛因斯坦1905年提出狹義相對論之後被打破了，因為狹義相對論的兩大基本原理其一就是：光速不變原理。

光速不變原理告訴我們，真空光速在任意慣性參考系下都保持相同數值。也就是說在這個扔手電筒的問題上，觀測者為一個慣性參考系，飛行的手電筒又是一個慣性參考系，因此光速不變原理要求手電筒發出的光，其速度在兩個慣性參考系下都保持一樣的數值。

更加深入的結論，狹義相對論推到了一個速度變換式，可以專門處理速度在不同參考系下轉換的問題，比方說一個以3/4光速飛行的宇宙飛船，飛船內部人員發射了一個在他們看來速度為一半光速的飛彈，那麼在地球參考下，這個飛彈的速度是多少呢？5/4倍的光速？

實際上按照速度變換式來說，飛彈在地球參考系下，其速度為10/11倍光速，也就是91%的光速。

總的來說，關於手電筒發出的光的速度，其數值仍舊是每秒30萬公裡（精確值為299792458米每秒），與手電筒靜止時沒有任何差別。

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相關焦點

  • 將手電筒打開並扔出去,手電筒裡的光會超越光速了嗎?
    所以，如果一個手電筒打開並扔出去，如果用牛頓的世界觀，地面觀測者看到的光的速度就應該是光速c+手電筒的速度，所以一定會大於光速c。可問題的關鍵是，牛頓和愛因斯坦的世界觀是不同的，具體來說，在愛因斯坦的理論框架內，速度不是單純的疊加。還是車子和小人的例子，如果用愛因斯坦的理論來計算，其實是下面這個計算公式。
  • 將一個手電筒扔出去,手電筒的光超光速了嗎?
    當然不會超光速。所有認為發生了超光速的人，都是以伽利略變換在解這道題。而世界上所有針對光速的問題，目前都只是在相對論的框架下進行解釋，也就是要運用洛倫茲變換來解題。什麼是伽利略變換？這個方程是一個矢量方程。什麼意思呢？打個比方，比如人在車上走，人相對於地面的絕對速度，就應該是相對於車子的速度，加上車相對於地面的速度。即如果人與車是同向，那麼上面的方程裡，人的速度和車的速度就應該相加。如果人與車的方向是相反的，那上面方程裡，人的速度與車的速度就應該相減。
  • 在火車上打開手電筒,火車速度加光速,是不是就實現了超光速?
    可能很多人會異口同聲的回答是光速，截止到目前為止我們沒有找到可以超越光速的方法，對於我們來說超光速是根本不可能存在的,光速是宇宙速度，已經達到了一個極限，理論上來看超越光速在短時間內是根本不可能實現的，速度越大，質量就會越大，引力就會變得越來越大，如果真的到了無窮大的境界，那麼可能會導致天地間的毀滅，所以超光速在短時間內是根本不可能形成的。
  • 扔個手電筒，光速不就超上限了？不！光速不變應該這樣理解
    大家好，我是靈西居；今天的話題並非猜想，討論的是光速不變。近日發現很多提問說是扔個手電筒，給光一個初始速度，光速不就超越上限30萬千米每秒了嗎？！首先給出答案，光速不變，是無關乎給不給加速度的。因為這個問題涉及到相對論的相關內容，這裡僅僅以淺薄的知識量，盡全力用簡單的舉例來給大家說明究竟是如何一個不變法。
  • 為什麼光在我們關掉手電筒的瞬間,世界又回到了黑暗之中?
    只要沒有東西阻擋，光離開光源之後肯定能繼續傳播，這些光子依然會以光速朝前運動。如果關掉手電筒，後續沒有光子發出來，而之前發射出去的光子早已經以光速遠離我們而去，它們不會進入我們的眼睛，所以我們什麼也看不到，世界當然會變回黑暗。不過，這裡大家可能又會有疑問了，如果關掉手電筒導致黑暗是因為光子遠離我們而去的緣故，那麼，如果關掉房間裡的電燈，為什麼也會瞬間變暗呢？
  • 光最終會消失嗎?我們用手電筒發出的光,是消失了還是繼續傳播?
    小時候，我喜歡用手電筒向前照射一下，然後關閉手電筒，那束光就不見了。年幼無知，我一直以為只要關閉手電筒，光就會憑空消失。我們向前扔一塊石頭、或者從手槍打出一顆子彈，我們都知道石頭離開手或者子彈離開手槍以後，石頭和子彈都會繼續向前飛行，直到沒有動能然後掉下。
  • 打開手電筒1秒後立即關閉，發出的光能照射到宇宙邊緣嗎？
    既然如此，如果我們用一個手電筒，打開1秒之後立即關閉，那麼這束光是消失了還是會繼續飛行，如果能夠繼續飛行的話，那麼這束光是否能夠飛到宇宙邊緣？為了解釋這個無法調和的問題，愛因斯坦將兩者結合了起來，並在1905年發表了《有關光的產生與轉換的一個試探性觀點》，提出了光量子假說，並且揭開了光的波動性和粒子性的兩元特性。後來，德布羅意提出了「物質波」假說，他認為一切物質和光一樣具有波粒二象性。
  • 打開手電筒1秒後立即關閉,發出的光能照射到宇宙邊緣嗎?
    既然如此，如果我們用一個手電筒，打開1秒之後立即關閉，那麼這束光是消失了還是會繼續飛行，如果能夠繼續飛行的話，那麼這束光是否能夠飛到宇宙邊緣？ 為了解釋這個無法調和的問題，愛因斯坦將兩者結合了起來，並在1905年發表了《有關光的產生與轉換的一個試探性觀點》，提出了光量子假說，並且揭開了光的波動性和粒子性的兩元特性。後來，德布羅意提出了「物質波」假說，他認為一切物質和光一樣具有波粒二象性。
  • 當打開手電筒後又關閉,光最後是消失了,還是一直在傳播?
    過了200年後，西方著名學者歐幾裡得對光做了進一步的研究，並寫了《光學》一書。書中假設光是沿著直線傳播的，然後採用了一些簡單地數學方式論證了光的反射定律。不過，從現在看來，歐幾裡得對光的研究犯了一個很嚴重的錯誤，他沒有解釋清楚為什麼眨眼就可以看到星星。他以為是眼睛發出的光傳到了星星上，然後又通過星星反射回人眼中。
  • 手電筒關閉之後,光子都去哪了?
    1873年，物理學家麥克斯韋發表了《論電和磁》，其內將數學和物理高度統一，證明了光的本質上也是一種電磁波，且真空光速度等於電磁波的傳遞速度，其內的麥克斯韋方程組用四個方程，描述了電，磁，磁生電，電生磁，將物理學和數學之美展現得淋漓盡致。
  • 戶外旅行不帶手電筒,還指望著手機手電筒嗎?
    「你這嘛呢，咋還帶著個手電筒呢？手機不是有手電筒嗎？」想起上次戶外旅行來著，收拾裝備的時候剛往包裡塞了個手電筒，朋友突然問到，頓時不知道該接什麼……當戶外旅行鬧著玩呢，還手機手電筒？燈光沒那麼強不說，萬一手機沒電怎麼辦，那不四處抓瞎了嗎？
  • 手電筒的光在宇宙中能夠傳播多遠?和這顆恆星相比它可以忽略不計
    然而手電筒射出來的光並不能傳播很遠，那麼在宇宙中也是這樣嗎？如果一個人攜帶一支手電筒回到了古代，那麼這支在現代看起來非常普通的手電筒將會在古代受到追捧，因為對於古人來說他們從來沒有見過按一個按鈕就能發出光的東西，並且認為它一定是來自天上的神器。但是在現實生活中，我們一般只有在黑暗的地方才會用到手電筒。
  • 如何打開和關閉手機的手電筒
    您可能不會每天在手機上使用手電筒，但是當您需要手電筒時，它是不可或缺的。但是如何在智慧型手機上打開手電筒？我們來幫忙。我們將向您展示幾種打開和關閉手電筒的方法。Android用戶有更多方法可以做到這一點，但我們也會介紹iPhone手電筒說明。
  • 「光速不變」是什麼意思,是什麼限制了超光速現象?
    把打開著的手電筒扔出去，手電筒發出的光是不是就超光速了？其實，速度的極限並不是光速，而現在，我們已經發現了宇宙中確實存在超光速現象：宇宙膨脹的速度，量子糾纏效應等。那麼，但為什麼這些現象沒有和相對論產生矛盾呢？狹義相對論到底限制的是什麼？
  • 關掉手電筒的燈之後,原來的光是消失了還是繼續傳播?
    手電筒可以幫助我們在黑暗的環境下進行照明，但把手電筒關閉之後光線也隨之消失了。那麼原本的那束光線是直接消失了呢，還是繼續在傳播呢？在照明系統不太發達的地方，手電筒發揮了重要的作用，於是我們常常可以看到在一些沒有路燈的地方有人拿著手電筒在照明。
  • 手電筒對著天空照射一秒後關掉，光是消失了，還是會繼續傳播？
    在夜晚，當我們用手電筒對著天空照射時，就可以看到有一束光飛向了遠方，照進了漆黑的夜空中。說到這估計有很多人好奇了，如果手電筒只打開了一秒鐘就關掉的話，光最終去哪裡了呢？光是消失在了夜空中，還是會繼續傳播呢？其實光並沒有隨著關閉手電筒而消失，而是以每秒接近30萬公裡的速度繼續傳播，只不過我們肉眼看不到而已。
  • 怎樣打開米4手電筒
    很多人在剛剛拿到米4的時候無法找到米4的手電筒在哪打開手機，進入手機的主界面。按住手機的上方，下拉任務管理欄。 左側會顯示手機的通知，右側是任務管理欄。如果你的手機這是有通知需要顯示，那麼出現的時通知，這是右劃任務管理欄。
  • 手電筒向夜空照一秒再關掉,手電光去哪了?它們會到宇宙盡頭嗎?
    在晴朗的夜晚，天上布滿繁星，如果我們拿著手電筒或者雷射照向天空，我們可以看到一束光柱飛向遠方。如果關掉手電筒，光柱隨之立刻看不見。那麼，手電筒發出的光去哪裡了？這些光是消失了，還是飛到宇宙中繼續傳播？首先，我們能夠看到光柱，是因為空氣中的塵埃顆粒會讓光子發生散射。手電筒關閉之後，沒有光子繼續進入我們的眼睛中，所以光柱馬上會消失掉。
  • 在火車上奔跑與打開手電筒,相對速度是不同的兩種情況,為什麼?
    現在博爾特累了，停下來休息，他站在原地，向車頭的方向打開了手電筒，一束光從手電筒之中向車頭的方向射出，速度為C。此時相對於我們而言，這束光的速度是多少呢？這看起來與博爾特奔跑沒有什麼不同，只不過在火車內運動的主體由博爾特變成了光，那麼光相對於我們的速度當然就應該是火車的速度加上光的速度，也就是M+C了，這仍然是常識，但是錯了。
  • 在知乎回答:開著手電筒跑步能否使光傳播速度超過真空光速?
    上面兩段主要是把一些概念理清一下，回到這個問題本身：真空光速C是大於空氣中光傳播相對於空氣的速度值的，那麼，這個問題就很簡單了，意思就是手電筒相對地面靜止時候發出的光相對於空氣的速度值是小於真空光速的，如果手電筒相對地面運動起來發出的光相對於空氣的速度值是否可以超過真空光速？