珍惜29936868

“比光快是不可能的，这辈子都快不过光的。”——爱因斯坦

其实题主的这个问题对于不了解相对论的朋友来讲，非常简单！因为跑步者的速度肯定大于光速啊，飞船都已经是光速，我在上面跑，超光速还不是轻飘飘的事？

但当你稍微了解相对论后，会发现事实并非如此。

对于上述问题，我们按照伽利略的方式，可以写出V=v+u，其中V是人相对与地面的速度、v是飞船的速度、u是人相对于飞船的速度。

但是这个数学式转到相对论中，就变成了（下图）

c是光速，其余字母代表的含义和上段相同

现在，我们可以试试这个公式，在题主的条件下，假设人相对于飞船的速度是每秒100米（也就是u），那么相对于地面的速度是多少呢？

简单的计算后发现，原本按照普通的方式算出速度是（光速c+100）米/秒，现在却变成了

并且当v和u都小于c时（按照质增公式，可以知道一般物体是无法达到光速c的），通过基本不等式，我们容易证明速度V一定是小于光速c的。

也就说这个人速度即便跑到了光速的一半，在地面的人看来，速度还是没有超过光速。

期待您的点评和关注哦！

赛先生科普

这是个很容易想到的问题。狭义相对论早已给出了回答：不会，在地面看起来你的速度仍然是光速。

要理解这个结论，首先要明白，为什么这会成为一个问题。你的直觉是什么？是“在地面看来，你的速度等于飞船相对于地面的速度加上你相对于飞船的速度”，对不对？

好，这是生活中的常识。但在相对论中，

让我们用数学把这个问题表述得简洁一些。有两个互相之间做匀速直线运动的参照系，在1号参照系看来2号参照系的速度是u，而一个物体在2号参照系中的速度是v，而且这两个速度在同一个方向上。我们把这个物体在1号参照系中的速度记作v'。那么，你的常识就是：

v' = v + u。

这个式子叫做“伽利略变换”，是意大利科学家伽利略（1564-1642）最先注意到的。

在日常生活中，伽利略变换是正确的。比如说，你在一辆汽车上跑步，你相对于汽车的速度是5米每秒，汽车相对于地面的速度是15米每秒，那么你相对于地面的速度就是20米每秒。

但是，相对论会告诉你，伽利略变换只是个近似公式，真正准确的公式是：

v' = (v + u) / (1 + uv/c^2)。

其中c是光速，大约30万公里每秒，^2表示“平方”。这个公式叫做“

洛伦兹

这个公式会告诉你什么呢？

当u和v跟光速相比很小时，uv/c^2接近于0，分母1 + uv/c^2接近于1，这时v'基本上就是v + u，你就回到了伽利略变换。

在上面那个u = 15米每秒，v = 5米每秒的例子中，情况就是如此。如果你把精确的式子代进去，会发现对结果的修正只有10的负16次方的量级，也就是说要到小数点后第16位才能显示出差别，这样小的效应甚至都超出了仪器的探测能力。

但是，当u或者v跟光速可以相比时，情况就不同了，这时你就要严肃对待这个1 + uv/c^2的修正因子了。

例如，u = v = c/2，你相对于汽车和汽车相对于地面都以光速的一半运动，这时会怎么样？你的直觉是v' = c，你相对于地面达到了光速。但正确结果是，v' = (1/2 + 1/2) / (1 + 1/4) c = 1 / (5/4) c = (4/5) c。在地面看来，你的速度是光速的80%，仍然低于光速！

再来看，如果u = v = (3/4) c呢？这时你的直觉是v' = (3/2) c，你相对于地面超过光速（这是很多人设想的超过光速的办法）。但正确结果是，v' = (3/4 + 3/4) / (1 + 9/16) c = (3/2) / (25/16) c = (24/25) c。你离光速更近了，达到了光速的96%，但仍然低于光速！

实际上，用一点初中级别的数学就可以证明，如果u和v都小于c，v'必然也小于c（你不妨来证明看看）。也就是说，希望通过运动叠加的方式达到光速，是不可能的。

最后来看题目中的情况。这时u = c，你的直觉是v' = v + c，但洛伦兹变换的结果是什么呢？

是v' = (v + c) / (1 + v/c)。这个式子化简以后是什么？

就是c啊！

在地面看来，你的速度仍然是光速！

你以为会是光速加上v，但v这部分刚好完全被洛伦兹变换相对于伽利略变换的修正吃掉了，剩下的仍然是光速。

你很容易发现，如果u和v中有一个等于c，那么v'就等于c。如果u和v都等于c，v'还是等于c。

经常有人问：“如果两束光相向而行，那么在一束光看来另一束光的速度是不是2c？”现在你知道了，答案仍然是c。

总之，光速有这么一种特性，能击败一切的通过变换参照系对它进行修正的努力。无论你怎么换参照系，光速总是那么多，既不会更高，也不会更低。这正是相对论的基本原理之一，叫做“光速不变性”。所以在《三体》中，用一个无论在什么距离看起来都同样高的王子来比喻光速。

最后，有两点需要提醒一下。

一，这个题目说得有点问题，因为根据相对论，飞船这种“静质量”不为零的物体是不可能达到光速的，只有光这种“静质量”为零的物体才会以光速运动。关于这一点，可以参见我的另一个回答“光是如何达到光速的？”（https://www.wukong.com/answer/6448603586589884685/）。所以原题目最好改成“在一个飞行的飞船上有一束光，在地面看来它比光速快吗”。也就是说，与其问u = c会发生什么，不如问v = c会发生什么。不过，这对于本文的内容并没有影响，因为你可以注意到，在洛伦兹变换中u和v的地位是完全等价的，把两者换一下得到的是同样的公式。

二，洛伦兹变换明显违反日常生活的直觉，但科学界早就承认它是正确的。这不是因为科学家喜欢标新立异，而是因为它符合实验结果。如果你坚持伽利略变换，就会预测一些错误的实验结果。比如说，通过测量在地球运动的不同方向上光速的区别，就可以确定地球在宇宙中的绝对速度。这个实验叫做“迈克尔孙-莫雷实验”。这个实验真的做了，结果却是测量不到在地球运动的不同方向上光速有任何区别！现在，你明白洛伦兹变换的威力了吧？

袁岚峰

不会。

光的速度与参考系无关，尽管反常识，但请注意:

这是一个观测事实，

这是一个观测事实，

这是一个观测事实，

也就是说，自然界就是这样的，不是推导出来的。你在问光速为什么不变，就相当于问：

为什么圆周率是派？你能回答吗？

我们说【圆周率】这个概念的时候，就涉及到另外两个量：直径、周长。

小学生都知道：圆周率是直径和周长之比。

不管圆的周长如何变化，但圆周率永远是个常数π。

同理：我们在说速度的时候，是在说什么？

小学生都知道【速度=运动空间除以运动时间】――v=S/t，

也就是说我们只要说【速度】，就隐含了它是一个空间和时间的比值。

现在，我们发现光无论怎么测量，速度都不变，这不符合我们最简单最可靠的直觉：速度合成。

想一想：在运行的火车上打乒乓球需要考虑火车运动吗？你跳高需要考虑地球的自转吗？不需要的。因为火车和地球带着我们一起运动。

但是，光却不是这样的，如果你在火车上打的是光量子乒乓球呢？想一想会怎么样？

光速不变做了最严格苛刻的实验，目前没有任何证据能推翻它。就跟我们发现目前所有的圆周率不变一样。

你测到的光的速度不变:v=C,那么时空必需要协变，光速C才会是常数。这就是洛伦兹变化。

这就如同：

大圆和小圆，周长和直径长度协变，才能让派是不变的常数。

所以，光速不变是一个经验归纳，跟相对论没有关系，相对论来自光速不变的逻辑推导。推导过程小学生都懂。

这个问题，不要用用相对论来解释，否则又臭又长又装逼。

光速不变是相对论的公理之一，用相对论解释光速不变是循环论证。

光速不变推导出尺短钟缩，这个推导的方程就是洛伦兹变换。

你不能说从狭义相对论可以证明光速不变，只能说光速不变与洛伦兹变换逻辑自洽。

我看到一些人扯相对论出来就头疼，又啰嗦，又让不懂物理学的人一头雾水：

用个类比：欧式几何的命题：三角形内角和等于180度，可以用【平行公设】证明。

但你不能用【三角形内角和等于180度】来证明【平行公设】。

这就如同：【人有两条腿】——【两条腿是人】这样无意义的解释。

小汉字见大历史

这一类的问题，提问者总是在理想化的条件下，但一般来说，前提不成立，命题后面所有的条件都没有意义，问题也就没有意义和答案。所以，致力于科学科普精神的科技网站，要从最根本的问题说起，而本问题最本质的问题在于：光速是否可以超越？

答案十分明确，就目前人类知识水平和目前的物理水平来说，光速不可超越！这是一个绝对的物理概念，即必须承认没有任何物体和质量能够超越光速，原因在于光子的特殊性。

光子在处于静止的时候质量为０，而静止质量是指取一个特定的惯性参考系，相对此惯性参考系，物体静止，在此状态下测得的物体质量。物体运动后，质量会变化，速度越快，其质量的增加也就越来越大，而能够达到光速所需要支持其质量持续运动的能量不可想象，几乎没有任何这样大的能量，所以就没有任何物质能够达到光速。

光子是唯一能够达到光速的粒子，其本身就有速度、能量、动量和质量，光子不可能静止，光子是一种玻色子，而玻色子是构成物质和传递作用力的粒子，光子不同于粒子和氢原子，它并不是一种实质组成单位，而是一种中介粒子，也就是传递能量和信息的粒子，因此其属性极为特殊。

从概念来看，简单通俗地解释就是，构成宇宙实质物质的任何宇宙有形体的物质是由同为玻色子的子概念——介子组成，而同属于玻色子的光子是媒介粒子。两者属性差别极大，所以不能有任何的交换，即实质物质不换转换成非实质的宇宙介质物质。所以任何所知的物质（有质量）都不可能超越光速。

镁客网

这个问题在大学物理上就会讲的。

假如说飞船接近了光速(爱因斯坦假设光是最快的，也就是说飞船是达不到c的)，又假设飞船周围又很多恒星在发光，那么按照牛顿的世界观，是不是迎面射来的光和飞船相对速度是2c，而后面的光子和飞船相对速度是无限接近0呢，不是的！

此时，你在飞船参照系上观察，你会发现，光的轨迹发生了变化，你后面的恒星发生了移动，逐渐向你前进的方向移动，飞船越接近c，你前方的恒星越密集，仿佛时空发生了扭曲，而且，你看到的光子的速度依然是c。

这就是光行差效应！

这是光源不动的现象，同理，还有光源动观察者不动的情况下会出现“前灯效应”。简单说一下，就是点光源(实际是不存在的)相对你静止时(比如你头上的台灯)，光子以球状向外辐射，现在光源加速，这时，光源不再以球状向外辐射，而是以一个圆锥向前辐射光子圆锥的顶大小与光源的速度有关。

这时你站在地面上看，光子速度依然是c哦。光行差效应和这个差不多，换个参考系，光反过来就行

总之，相对论假设1光速是最快的，2光在任何参照系里都是c。为了满足这个假设，时空也会“扭曲”。

怎么样，理解不了吧，哈哈哈我也理解不了，这就是相对论。。。

十万伏特w

我也说下，因为速度越快，时间越慢，如果你把飞船的速度（c）当做你的速度，此时你的时间是静止的，你跑得起来吗，你都没有时间！但是理论上你是能跑起来的，只是你的速度不能算上船的速度，得是船的相对速度。照你的说法，要想超光速你都不用坐光速的飞船，比如你在地球上和光射出去的方向反向跑，你相对于光就是超光速了。一个道理，你说的2c其实也是另一个反向光的2c，运动是相对的，你可以想象成你的船速是相对于一束反向光的速度，就像地球相对于射出去的光也是速度c一样。哈哈😄，是吧！你在地球上，你也知道，不会有你说的情况出现。

飞天化蝶

这个问题一看就是没有过关于相对论的基本常识，科普任重而道远。请问一辆行驶中的汽车，车灯射出的光线，灯光的速度是不是光速加车速呢？肯定不是啊，有很多科普的视频讲的很清楚，去看一看吧。

幸福PJ

在逻辑上说，前提为假，任何谎谬的结果都是真的。

请你放心，你绝对跑不过光速的。即使你的飞船能撑的住。随着速度提升。你体内的分子质量会增加。当你达到光速1/10，你身体蛋白质早就发生大量断裂，你已经是个死人了。到达光速70％化学键就完全支撑不住任何分子。你会分解成一堆碳氢氧原子。到90%连原子都抗不住会分解成中子质子电子。再往上，连中子都抗不住还会分解成基本粒子。

你觉得自己变成一堆粒子还能跑起来你真当自己是上帝么？

石油熊猫

爱因斯坦的理论可能是错的，他的理论仍属于人类已知的经典物理。就是在观测宇宙的规则之内。物体的质量怎么来的？目前欧洲碰撞机并没有发现西格斯粒子。不能解释好这个问题，就解决不了光的粒子质量是零还是趋近于零。如果发现世界的所有物质包括光都是由我们还不能定义发现的基本粒子或是构想的基础铉组成，那么问题会迎刃而解。理论上我们就可以存在于宇宙的任何角落。如果大爆炸假设成立，那么这个奇点怎么形成的？那么这个奇点形成的空间和时间就会存在并列弧，就会存在涟漪效应，我们所有观测空间与时间的参照物都在这个并列弧上。离奇点越近，可能空间越窄，时间越窄，对那个弧上的参照，宇宙可能瞬间或是相对于我们静止产生。话题回到超光速的问题，如果在可预知的未来，人类解决了质量形成的机理，以及了解了物质的基础粒子分解与还原，这就解决了你本身可以转换成基础粒子的传送和重组，还要解决空间与时间弧上的跳跃，完成自由宇宙间的迁徙就没有问题。所谓超光速就不是一个紧箍咒。未来会证明爱因斯坦是错的，这需要时间和人类对宇宙认知的飞跃。

呱呱语录

即使飞船能够以光速飞行，即使你的身体能够承受光速，你知道你在飞船上加速一下需要多少能量吗？？？？？？核爆都不足以给你提供！！！！！因为是无限大，意思就是无论多大的能量都满足不了让你加速！除非你能跳出广义相对论！我觉得没有什么是绝对的，科学会一直进步，绝对不会停止，只是被眼界和条件限制了，广义相对论绝对会有一天像狭义相对论一样被相对淘汰，但绝对不是我们现在活着的人能看到的，也许有一天科学家们证明了神学并不遥远，只是我们的科学暂时理解不了罢了。

關鍵字: 光速 科学 物理