两束光线向相反方向照射,他们的相对速度是不是2倍光速?

myw58

在狭义相对论出现之前,牛顿力学用的是伽利略变换。在伽利略变换里,速度可以简单叠加,所以会出现这种两倍光速的结果。但现实物理世界并不是这样,因为实验证明存在“光速不变原理”,即任何参考系(也叫参照系)中测量光速都是光速,无论在别的参考系看来你所在的参考系和光速的相对速度是什么。

狭义相对论正是以“光速不变原理”和“相对性原理”二者作为基本原理推导出的结论。所以在狭义相对论中,“相对速度”这个词要完全依赖于参考系了。你举的这个例子中,如果把地球作为参考系,你看到两束光相反方向传播,两束光相对于地球的速度都是光速。你可以说两束光离开的速度相对地球是两倍光速,但是你不能说它们之间的相对速度是两倍光速,因为提到相对速度,一定要以两者各为参考系来看。根据光速不变原理,以其中一束光为参考系,另一束光相对于它还是光速,反之也一样。

带入狭义相对论速度合成公式也是这个结果。速度合成公式:(v1-v2)/(1-v1v2/c^2),c是光速,v1和v2是相对于第三个参考系各自的速度。在这个例子中,第三个参考系是地球,带入v1和v2一个是光速c,一个是反向光速-c,带入到公式里,得到(v1-v2)/(1-v1v2/c^2)= (c+c)/(1+c*c/c^2)=c,即相对速度还是光速。当然这个公式根本上还是源于光速不变原理,所以跟直接用光速不变原理没区别。

顺便提一下,宇宙大爆炸的早期,会有一个超过光速的膨胀期,称为暴胀。但是这个“超过光速”只是在第三个参考系下看的相互离开的速度,并不是相对速度。暴胀期找宇宙任何两个点看它们的相对速度,都不会超过光速。


九维空间

当然不会啦!光线是不能作为参考系的!

光速不变原理是狭义相对论的基本假设之一,也是被科学界公认的。题主这么问一定是受到了伽利略的相对性原理的启发!

其实在相对论发现的前夜,人们就曾怀疑过相对性原理的正确性。 简单来说,相对论原理是最基本的物理常识,我们确定一个物体的运动与否一定要选取一个参照物,根据物体相对于参照物的空间变化来确定被测量物体的运动形式。

相对性原理是由伽利略系统提出来的,为此还演变出来了伽利略变换,牛顿继承了伽利略的思想。


相对性原理有一个很明显的推理就是:速度叠加。一个物体速度可以取任何值,这关键在于参照物的选取。所以在爱因斯坦之前的相对性原理中,物体没有速度极限,光速可以无限快的!

但是有一个难以克服的问题出现了!在19世纪的时候,麦克斯韦已经推算出光速是恒定的,迈克尔逊莫雷实验也已经证实了光速是不变的。

现在就尴尬了,要么相对性原理错了,要么光速不变错了!当时的科学家更宁愿抛弃相对性原理也不愿否定光速不变的事实!

狭义相对论发表之后,科学家才明白:原来狭义相对论和光速不变都没有错。


错的是人们思想中根深蒂固的时空观念。物体的运动会改变时间的流逝。

我讲到这里,题主明白了吗? 相对性原理没有错,你也可以视一条光线为参照物,另一条的相对速度为2c。但是这毫无意义,是没有科学道理的,因为光线是不能作为参考系的。速度的叠加不能适用到光速上!

洛伦兹变换表示的是:从观察者自己所在的参考系去观测另一个惯性系的物体运动。观察者和被观察者都是物体,都是不能达到光速运动的!


科学认识论

光速和光速合成当然不是两倍光速。

悟空问答上这类问题总是被反复问,然而看了一下,目前比较靠谱的答案只有两个,不靠谱却有一堆,所以还是讲一下吧。

爱因斯坦是位物理大师,但是人家数学也很好。狭义相对论背后的数学保证了光速不变。

简单的说,当两个速度按照狭义相对论公式合成的时候,只要其中有一个是光速,那么不管另一个是不是光速,合成的结果都是光速。

比如题目当中说的两束方向相反的光@九维空间 已经算过了。我们可以看看另外一种情景,向同一方向发出两束光,可能有人觉得这种方法也能得到2倍光速,有人则觉得这样能使光静止,那么实际情况如何呢?可以按照下面的公式计算。

v1和v2都是光速c,代入公式可以算出,合成的速度v也是光速c,c在真空中是约30万公里每秒。

科学理论并不等于真理,但是一种成功的科学理论是建立在数学基础上并且符合实验和观测的,光速不变原理和狭义对论也是如此。

之前也有人问在一辆运动的车上发射一束光是不是就能超光速,这个问题其实一百多年前就有了答案。

地球的轨道速度接近30公里每秒,这个速度别说是车、比导弹都快多了,那么沿着地球轨道方向发射一束光,和垂直地球轨道方向发射一束光,是不是有一个速度会超过光速呢?

1887年,迈克尔逊和莫雷用实验告诉我们,两者的速度差别小到测不出来,也就说两个速度都是一样的光速,这就是著名的迈克尔逊-莫雷实验。现代的科学家已经可以将这种速度测量的误差减小到10亿亿分之一,仍然支持光速不变原理。

然而,现在有些童鞋还是喜欢喊超光速,喜欢嚷爱因斯坦和相对论如何不对,但是他们说的话里面常常一点数学也没有,更别提物理概念和实验观测了,所以他们也许是在

跟爱因斯坦比中文吧?

感谢您的阅读,欢迎分享和关注。

如果您有感想,请留言多指教。


乔小海

这是不少人对光速理解的普遍性错误。光有两大特性,光速恒定和光速限制。光速恒定并不是指光在真空中传播速度为30万公里每秒,而是指相对于任何参照物,光的速度都是30万公里/秒(之前的相关问答中有多比提到,比如说静止的你看以1/2光速飞行的飞船发出光的速度,仍旧会是光速,而不是光速的1.5倍)!

光速恒定原理非常重要,是理解爱因斯坦相对论的重要一环,它的本质告诉了我们时间膨胀的概念,时间是相对的,参照系的不同,得到的时间概念也不同! 还有一点,拥有静止质量的任何事物都无法达到或超越光速!

不管是光速恒定还是光速限制,都是经过很多次实验证实过的,绝不是一种思想上的猜想,是一种理论和定律! 理解了这两点,再回过头来看楼主提出的问题。首先人无论如何都达不到光速,只能无限接近光速,相对于任何参照系也都达不到光速。比如说两个人以0.9倍光速向相反的方向飞行,他们看到彼此的速度并非1.8倍光速,仍是接近光速(具体多少有公式可以计算出来,这里不再详述)!

那么假设一个人能光速飞行,是否真的永生了呢? 并不是这样的,“永生”也是在别人的眼里这个人获得了所谓的“永生”,因为时间是相对的,所以只是在别人眼里,这个人的时间静止了,看起来他获得了“永生”,但这个人自己仍旧感觉到时间在流逝,他并没有获得真正意义上的永生!不过如果有一天这个人重新回到地球,会发现地球上的一切早已物是人非,他会发现地球上已经过去了上百年时间甚至更长(假设这个人真的以光速飞行,那么地球上的时间会过去无限长)!

所以说,时间是相对的,我们平时熟知的周围的一切的运动也是相对的,但唯独光速不是相对的,在任何参照系下都是30万公里每秒!两个接近光速飞行的事物的相对速度该如何计算呢?可以参考“洛伦兹变换”(相对论的基本思想来源,有一个计算公式,可以见到搜索了解下)!


宇宙探索

别被各种理论僵化了大脑,那些说什么光不能作为参考系,所以并不存在两束光相反传播相对速度为2倍光速都是瞎扯,还搬出各种理论说大道理。很明显,两束光从同一点向相反反向传播,在两个方向介质一样(或者真空)的前提下,同一时间传递相同的距离,所以相对速度就是2c,这很明显的事情,搞的那么复杂,故弄玄虚,鄙视。为什么很多高学历者创造力不如低学历者,这就是知识框框限制了他们的想象力。好比那个笑话说的,一群博士在讨论水滴从空中掉下会不会砸伤人,而一个农妇一句话让他们哑口无言一样,虽然是笑话,但是说的就是这个意思。


侠客大岛主

不是,可以这样简单的解释:

速度=距离÷时间,但接近光速的时候,时间会发生变化(变慢),因此上述公式的结果也会发生变化,相对速度自然也就不能简单的叠加了,需要考虑时间变慢的影响。


海风

答:当然不是,它们的相对速度,可以理解为还是c;实际上,光速运动的参考系是没有意义的!


讨论相对论问题时,我们不能死板地用常识来理解,我们需要抛开常识,借助数学去看待问题。

比如题设这个例子,用常识看待,他们间的相对速度是2c,实际上就落入了常识的陷阱,这是伽利略变换的结果,仅适用于低速宏观。对于接近光速运动的物体,符合事实的是洛伦兹变换:



带入v1=v2=c,得到的相对速度还是c,并不是伽利略变换认为的2c;当v1和v2远远小于c时,洛伦兹变换退化成伽利略变换,才回到我们的经典常识!


之所以出现这样违背常识的结论,本质原因是我们常识认为时间和空间是绝对的,也就是牛顿力学的绝对时空。



但是实际上,相对论指出,时间和空间并非一成不变,宇宙被描述为四维的时空,时空和物体的运动速度相关,并满足洛伦兹变换不变性。



艾伯史密斯

所有的纠结都在参考系的选择上!

一、参考系是人类生活习惯中的普遍现象、只要我们对它有参考系选择的不同、作用的速度就会不同、因而接受的能量也会不同!这再正常不过了!它是人类时空见惯的事实!上题有人回答、当两辆汽车以相反的方向同速前进、它们的速度是两倍的关系、这一点不会错、假定我们在两车之间拴上绳子、中间系上拉力表、可以看见读数就是单个汽车拉力的二倍!

二、传统思维套用到光子世畀里为什么会失效?

这完全是物质的作用行为不一样造成的、在光子的行为世界里、它是个实足的独火冲、它沒有平权的兄弟姊妹、不象宏观的世界、大家都可相互作用、它生来就是独霸天下、它只和它的光源发生相互作用关系、除此之外、对它速度的应响偏差在不同的介质里都只是微乎其微、不足成为参考系!所以我们总是纠结相反方向的光速是不是二倍的问題、实际上、它们从来不和对面光速发生动量之类的作用、它们只认一个死理、光源、除此之外、什么都不是、什么都沒有、是人把它们用意识联系起来的假象、天体的一切规律都离不开作用、光子的作用是随光源绝对性的特征而定'性的、所以大家不要计较!谢谢拜读!


上帝从不胡弄人

泻药。

这个问题直接回答就是,不会!还是一倍的光速,引入爱因斯坦狭义相对论中的光速不变原理,光速在真空中对任何观察者都是相同的,光在真空中传播速度是一个常数,不随光源和所在者参考系的相对运动而改变,这个数值是299792458米/秒。

有四种著名的证明方法,有一种理解简单的就是,恒星光行差长期不变(光行差是指运动着的观察者观察到光的方向与同时间同地点的观察者的方向有偏差,比如地球上的观察者观测太阳光就有光行差)。

证明:光行差不随时间变化,所以光速也不随时间变化,所有的恒星光行差都是20.5度的角距,证明所有恒星的光速相同。

结论:光速是常数,不随着观察者的惯性,位置,时间而变化,就算是两束向反方向的光,也是一种速度,就是光速。


蛐蛐15蝈蝈

在相对论中,光线不能作为参考系,那是为了有效说明相对论的原理。但在现实中是可以的,比如本题题目就是选择了光线为参考系,否则本题就是非法提出(如果相对论是法律的话)。

若贝尔先生把文学纳入了奖项,确没有将数学纳入奖项,为什么?因为他认为数学根本就不是自然科学。在科学研究中,它是次于文学的两大基石之一。文学全面阐述自然科学,而数学利用精确量化的自洽性,对自然科学进行预测。

人类创立并研究数学的真正核心目的是为了将科学研究成果转化为科技生产力,为文明进步造福。没有数学,科技将归零。ꪣ从这个意义讲,崇拜数学没错,但将这种崇拜带入科学探索之中就不对了,必竟科学研究的关键是探索,数学只起辅助作用。

我支持2c观点。因为这个问题不涉及广义相对论,它就是一个1十1等于几的问题。


分享到:


相關文章: