【以光速反方向飞行的两个物体,相对速度是不是超光速了?】

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传统思维告诉我们:肯定超光速了 。 甚至小学生都知道答案 , 就是简单的速度叠加算术题 。
但是如果真的超光速了 , 意味着爱因斯坦的相对论就被推翻了 。 而且如果连小学生都知道的问题答案 , 爱因斯坦怎么可能不知道?
所以 , 最终的答案肯定是:没有超过光速 。 那么到底是怎么回事呢?
简单讲 , 一旦涉及亚光速飞行的问题 , 我们都不能用传统的思维去思考问题 。 上学时我们学的相对速度叠加公式其实就是伽利略变换 , 它是建立在牛顿绝对时空观基础上的 。
但相对论告诉我们 , 时空并不是绝对的 , 时空具有弹性 。 在高速运动的状态下 , 时间和空间会发生明显变化 。
而速度就等于距离(也就是空间)除以时间 , 当时间和空间发生明显变化的时候 , 我们当然不能简单地用速度叠加来解决相对速度问题 。
也就是说 , 在亚光速领域 , 速度叠加是不可取的 , 伽利略变换不再适用 , 公式V=V1+V2不再适用 。
说白了 , 伽利略变换只适用于低速世界 , 在低速世界里 , 我们可以近似认为时空是绝对的 。 在我们日常生活中 , 你的一秒与我感受到的一秒是没有区别的 , 因为我们都生活在低速世界 , 根本感受不到速度对时间流逝的影响 。
但一旦你来到亚光速世界 , 就大为不同了 , 伽利略变换误差就比较大了 , 不再使用 , 必须使用更为精确的洛伦兹变换 , 因为亚光速世界会出现明显的时间膨胀效应和尺缩效应 , 速度越快 , 时间就越慢 , 距离就越短 。
洛伦兹变换用公式表达就是w=(u+v)/(1+u·v/c^2) 。
从公式中可以看出 , 伽利略变换其实就是洛伦兹变换的特例 , 是低速世界的近似值 。 因为当u和v都很小时 , 公式中的分母无限趋近1 , 公式就简化为:w=u+v , 也就是伽利略变换 。
但是当u和v接近光速时 , 就不能忽略分母的影响 。 在一种特例下 , 也就是u和v都等于光速 , 最终的结果是多少呢?仍旧是光速 , 而不是两倍光速!
所以 , 即便两个物体的速度都达到光速 , 他们的相对速度仍旧不能超光速 , 而仍旧是光速 。 如果其中任何一个物体的速度达不到光速 , 两者的相对速度就比光速要小 。
而狭义相对论告诉我们 , 物体的速度不可能达到光速 , 所以 , 无论如何 , 两个物体的相对速度都会比光速小 。 哪怕两个物体都以99%的速度反方向飞行 , 他们的相对速度仍旧达不到光速!
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