
文章图片

文章图片

文章图片
按照速度叠加的常识来看 , 你确实超光速了 , 但实际上并没有 , 也就是说你在光速飞船上奔跑 , 也不会超光速 。
不要着急反驳 , 听我慢慢说来 。
我们通常所说的“速度叠加”其实就是建立在绝对时空观下的“伽利略变换” 。
我们在初中甚至小学都学过简单的速度叠加 , 比如说你在一列火车上 , 火车的速度是V1 , 你在火车上奔跑的速度是V2 , 那么对于静止在地面上的我来讲 , 你的速度就是V=V1+V2或者V=V1-V2(这取决于你在火车上奔跑的方向) 。
同理 , 回到问题中来 , 飞船的速度是光速C(这里暂且不管是不是能不能达到光速) , 你在飞船上奔跑的速度是V , 那么在我看来 , 你的速度就应该是C+V(当然也可能是C-V) , 你的速度不就是超光速了吗?
实际上 , 上面的理解方式是错误的 。
平时我们经常用的速度叠加公式(也就是伽利略变换)严格来讲并不严谨 , 说白了就是错误的 , 但由于我们平时计算的速度相对光速实在太小了 , 这种错误是极其微小的 , 完全可以忽略不计 。
举个例子 , 假如你乘坐一列火车 , 火车的时速为100公里 , 你在火车上奔跑时速为10公里 , 方向与火车行驶方向一致 , 我在地面上静止不动 , 那么我相对你的速度是多少呢?
小学生都知道是110公里每小时 。 但由于我们通常用的速度叠加公式(伽利略变换)只是低速世界的近似值 , 所以严格来讲答案并不是110公里每小时 , 而会比110公里略小 , 只是小得非常有限 , 至于准确答案究竟是多少 , 需要用更精确的洛伦兹变换来计算(后面会提到) , 伽利略变换是洛伦兹变换在低速世界的近似值 。
为何会有微小的误差 , 一切都是因为“霸道”的光速 , 因为光速不变原理造成的 。
光速不变原理并不是指“光速在真空中的速度是恒定的30万公里每秒” , 而是指“在任何参照系下得到的光速都是不变的!”
举个通俗的例子 。 你乘坐一辆飞船飞离地球 , 速度为0.5C , 我呆在地球上 。 你在飞船上打开手电筒 , 在我眼里手电筒发出的光的速度是多少呢?
按照传统的速度叠加公式(伽利略变换) , 应该是光速+飞船的速度 , 也就是1.5C 。 但事实上并非如此 , 在我眼里 , 手电筒发出的光的速度仍旧是光速 。
也就是说 , 光速是绝对的 , 在任何参照系任何运动状态下 , 看到的光的速度都保持不变 , 这就是光速不变原理 。
由于速度等于空间(距离)除以时间 , 为了保持光速的绝对性 , 空间和时间必须要改变来迎合光速的不变 。 就如同上面的例子 , 你在飞船上观察到手电筒的光的速度是光速 , 我在地球上观察到手电筒的光的速度也是光速 , 我们的运动状态完全不同 , 但看到的光速是一样的 , 这意味着某些东西必须发生改变 , 才能保证我们看到手电筒的光的速度都是一样的 , 这些东西就是空间和时间 。
当然 , 上面只是理论上的分析 , 数学上也能推导出来 , 并不难 , 这里就不再详述了 。
【如果你在光速飞船上奔跑,你是否超光速了?】总之 , 在低速世界里 , 伽利略变换已经足够精确了 , 足够用了 。 但在亚光速世界 , 由于时间和空间变化比较明显(时间膨胀和尺缩效应) , 必须用更精确的洛伦兹变换才行 。
推荐阅读
- 狭义相对论的奠基人,即使没有爱因斯坦,他很快也会提出相对论!
- 时间是一种幻觉?时间穿越理论上能实现吗?宇宙的时间有尽头吗?
- 长度70米的利兹鳄战力有多强,3头狂暴巨兽详解
- 有位数学天才称平行线能够相交,受嘲讽郁郁而终,多年后却被证实
- 广义相对论-100多年后,仍是最成功的理论
- 不再是科幻小说:灭绝物种复活离我们又近了一步
- 无限逼近光速的飞船,到达254万光年外的仙女星系,只需28.7年
- 当个名人有多惨?
- 欧罗巴地质图突出了未来勘探的目标