无主之地2配置高吗|看真人裸体BBBBB|秋草莓丝瓜黄瓜榴莲色多多|真人強奷112分钟|精品一卡2卡3卡四卡新区|日本成人深夜苍井空|八十年代动画片

網易首頁 > 網易號 > 正文 申請入駐

相對論表明光速最快,在光速飛船上奔跑,速度比光速快嗎?

0
分享至

這是個很容易想到的問題。狹義相對論早已給出了回答:不會,在地面看起來你的速度仍然是光速。



要理解這個結論,首先要明白,為什么這會成為一個問題。你的直覺是什么?是“在地面看來,你的速度等于飛船相對于地面的速度加上你相對于飛船的速度”,對不對?

好,這是生活中的常識。但在相對論中,這個常識是錯誤的!

讓我們用數學把這個問題表述得簡潔一些。有兩個互相之間做勻速直線運動的參照系,在1號參照系看來2號參照系的速度是u,而一個物體在2號參照系中的速度是v,而且這兩個速度在同一個方向上。我們把這個物體在1號參照系中的速度記作v'。那么,你的常識就是:

v' = v + u。

這個式子叫做“伽利略變換”,是意大利科學家伽利略(1564-1642)最先注意到的。

在日常生活中,伽利略變換是正確的。比如說,你在一輛汽車上跑步,你相對于汽車的速度是5米每秒,汽車相對于地面的速度是15米每秒,那么你相對于地面的速度就是20米每秒。

但是,相對論會告訴你,伽利略變換只是個近似公式,真正準確的公式是:



也就是:v' = (v + u) / (1 + uv/c^2)。

其中c是光速,大約30萬公里每秒,^2表示“平方”。這個公式叫做“洛倫茲變換”,是由荷蘭科學家洛倫茲(1853-1928)發現的(不是愛因斯坦哦,愛因斯坦提出了狹義相對論的理論體系,但洛倫茲變換在此之前就發現了)。它相當于在伽利略變換的基礎上,加了一個1 + uv/c^2的修正因子。

這個公式會告訴你什么呢?

當u和v跟光速相比很小時,uv/c^2接近于0,分母1 + uv/c^2接近于1,這時v'基本上就是v + u,你就回到了伽利略變換。

在上面那個u = 15米每秒,v = 5米每秒的例子中,情況就是如此。如果你把精確的式子代進去,會發現對結果的修正只有10的負16次方的量級,也就是說要到小數點后第16位才能顯示出差別,這樣小的效應甚至都超出了儀器的探測能力。

但是,當u或者v跟光速可以相比時,情況就不同了,這時你就要嚴肅對待這個1 + uv/c^2的修正因子了。

例如,u = v = c/2,你相對于汽車和汽車相對于地面都以光速的一半運動,這時會怎么樣?你的直覺是v' = c,你相對于地面達到了光速。但正確結果是,v' = (1/2 + 1/2) / (1 + 1/4) c = 1 / (5/4) c = (4/5) c。在地面看來,你的速度是光速的80%,仍然低于光速!

再來看,如果u = v = (3/4) c呢?這時你的直覺是v' = (3/2) c,你相對于地面超過光速(這是很多人設想的超過光速的辦法)。但正確結果是,v' = (3/4 + 3/4) / (1 + 9/16) c = (3/2) / (25/16) c = (24/25) c。你離光速更近了,達到了光速的96%,但仍然低于光速!

實際上,用一點初中級別的數學就可以證明,如果u和v都小于c,v'必然也小于c(你不妨來證明看看)。也就是說,希望通過運動疊加的方式達到光速,是不可能的。

最后來看題目中的情況。這時u = c,你的直覺是v' = v + c,但洛倫茲變換的結果是什么呢?

是v' = (v + c) / (1 + v/c)。這個式子化簡以后是什么?

就是c啊!

在地面看來,你的速度仍然是光速!

你以為會是光速加上v,但v這部分剛好完全被洛倫茲變換相對于伽利略變換的修正吃掉了,剩下的仍然是光速。

你很容易發現,如果u和v中有一個等于c,那么v'就等于c。如果u和v都等于c,v'還是等于c。

經常有人問:“如果兩束光相向而行,那么在一束光看來另一束光的速度是不是2c?”現在你知道了,答案仍然是c。

總之,光速有這么一種特性,能擊敗一切的通過變換參照系對它進行修正的努力。無論你怎么換參照系,光速總是那么多,既不會更高,也不會更低。這正是相對論的基本原理之一,叫做“光速不變性”。

最后,有兩點需要提醒一下。

一,這個題目說得有點問題,因為根據相對論,飛船這種“靜質量”不為零的物體是不可能達到光速的,只有光這種“靜質量”為零的物體才會以光速運動。所以原題目最好改成“在一個飛行的飛船上有一束光,在地面看來它比光速快嗎”。也就是說,與其問u = c會發生什么,不如問v = c會發生什么。不過,這對于本文的內容并沒有影響,因為你可以注意到,在洛倫茲變換中u和v的地位是完全等價的,把兩者換一下得到的是同樣的公式。



二,洛倫茲變換明顯違反日常生活的直覺,但科學界早就承認它是正確的。這不是因為科學家喜歡標新立異,而是因為它符合實驗結果。如果你堅持伽利略變換,就會預測一些錯誤的實驗結果。比如說,通過測量在地球運動的不同方向上光速的區別,就可以確定地球在宇宙中的絕對速度。這個實驗叫做“邁克爾孫-莫雷實驗”。這個實驗真的做了,結果卻是測量不到在地球運動的不同方向上光速有任何區別!現在,你明白洛倫茲變換的威力了吧?

特別聲明:以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布,本平臺僅提供信息存儲服務。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相關推薦
熱點推薦
大案:23歲女子偷走男友4000塊,發現后虐待30天!死后頭縫進玩偶

大案:23歲女子偷走男友4000塊,發現后虐待30天!死后頭縫進玩偶

莫地方
2026-05-22 01:30:03
她是許家印的小迷妹,馬云、王健林都曾是她的座上賓

她是許家印的小迷妹,馬云、王健林都曾是她的座上賓

流蘇晚晴
2026-05-12 19:11:18
一周多達9次,37歲男子不幸猝死,妻子:多次勸說,他始終未聽

一周多達9次,37歲男子不幸猝死,妻子:多次勸說,他始終未聽

健康科普365
2026-04-14 09:04:28
維拉鎖定歐聯冠軍,騰出的歐冠席位將歸屬葡體、櫻桃或海鷗

維拉鎖定歐聯冠軍,騰出的歐冠席位將歸屬葡體、櫻桃或海鷗

懂球帝
2026-05-21 05:25:34
為什么母雞不用和公雞交配就能產蛋?公雞存在的意義是啥呢?

為什么母雞不用和公雞交配就能產蛋?公雞存在的意義是啥呢?

宇宙時空
2026-05-19 16:25:08
歐洲秘密準備Plan B

歐洲秘密準備Plan B

西樓飲月
2026-05-21 15:48:18
恩里克若歐冠奪冠,利物浦或迎理想新帥

恩里克若歐冠奪冠,利物浦或迎理想新帥

甜份超標的我
2026-05-21 00:12:54
正式官宣!湖人表態希望詹姆斯回歸,富保羅:不接受底薪

正式官宣!湖人表態希望詹姆斯回歸,富保羅:不接受底薪

林子說事
2026-05-21 17:02:45
墓碑上的“故、顯、先、考、妣”,指的是什么?看完長知識了??

墓碑上的“故、顯、先、考、妣”,指的是什么?看完長知識了??

歷史人文2
2026-05-16 12:00:03
為什么全球那么多發達國家不給中國免簽?

為什么全球那么多發達國家不給中國免簽?

深度報
2026-05-15 13:55:38
RTX 5090D v2中國被禁!RTX 5090立刻漲瘋了

RTX 5090D v2中國被禁!RTX 5090立刻漲瘋了

3DM游戲
2026-05-21 17:44:33
公開亮相,亞馬爾攜新女友參加巴薩賽季慶功宴

公開亮相,亞馬爾攜新女友參加巴薩賽季慶功宴

懂球帝
2026-05-21 03:17:06
郭涵煜創歷史成首位進法網正賽金花,法網公布簽表鄭欽文簽運尚可

郭涵煜創歷史成首位進法網正賽金花,法網公布簽表鄭欽文簽運尚可

網球之家
2026-05-21 23:17:13
全球股市集體跳水,原油跳漲!伊朗最高領袖下令:嚴禁高濃縮鈾外運

全球股市集體跳水,原油跳漲!伊朗最高領袖下令:嚴禁高濃縮鈾外運

中國基金報
2026-05-21 21:41:49
光刻機重大突破,俄羅斯或正走出一條光刻機的破壞式突圍路子

光刻機重大突破,俄羅斯或正走出一條光刻機的破壞式突圍路子

王新喜
2026-05-21 07:58:58
足協第三批禁足名單:丁勇、吳靜博等17名從業人員終身禁足!

足協第三批禁足名單:丁勇、吳靜博等17名從業人員終身禁足!

懂球帝
2026-05-21 15:20:31
柳州地震后,廣西高考、中考是否如期開考?相關部門回應

柳州地震后,廣西高考、中考是否如期開考?相關部門回應

環球網資訊
2026-05-21 20:03:32
量子計算概念股集體爆發 Infeqtion(INFQ.US)飆升逾40%

量子計算概念股集體爆發 Infeqtion(INFQ.US)飆升逾40%

每日經濟新聞
2026-05-21 22:30:26
誰在審判誰?審判官竟成通緝犯,司法文件外泄,馬科斯坐不住了

誰在審判誰?審判官竟成通緝犯,司法文件外泄,馬科斯坐不住了

共工之錨
2026-05-21 18:55:42
“最美港姐”上浪姐一夜爆火!網友:完全是真人版迪士尼在逃公主……

“最美港姐”上浪姐一夜爆火!網友:完全是真人版迪士尼在逃公主……

美芽
2026-05-06 18:30:49
2026-05-22 02:16:49
宇宙時空 incentive-icons
宇宙時空
熱衷于宇宙和時空探索
13603文章數 96605關注度
往期回顧 全部

頭條要聞

母親陽臺燒香后外出 引發火災致2名子女死亡

頭條要聞

母親陽臺燒香后外出 引發火災致2名子女死亡

體育要聞

常住人口7000的小鎮,擁有了一支德甲球隊

娛樂要聞

反轉!金秀賢與金賽綸未成年時交往不實

財經要聞

潮水退去,裸泳的一定不止五糧液

科技要聞

小米YU7 GT正式發布:售價38.99萬元

汽車要聞

雷軍:YU7首戰Model Y八敗兩勝 輸給全球銷冠不丟人

態度原創

家居
數碼
教育
親子
游戲

家居要聞

風格碰撞 個性與藝術

數碼要聞

精準操控不誤觸!一加Ace 6至尊版讓點擊精準如物理外掛

教育要聞

高考地理|氣候詳解

親子要聞

《小滿》山林子中中道德慧智教育詩

索尼PS第一方重磅消息曝光!發布會公布 要浴火重生

無障礙瀏覽 進入關懷版