兩束光線向相反方向照射,他們的相對速度是不是2倍光速?

myw58

在狹義相對論出現之前,牛頓力學用的是伽利略變換。在伽利略變換裡,速度可以簡單疊加,所以會出現這種兩倍光速的結果。但現實物理世界並不是這樣,因為實驗證明存在“光速不變原理”,即任何參考系(也叫參照系)中測量光速都是光速,無論在別的參考系看來你所在的參考系和光速的相對速度是什麼。

狹義相對論正是以“光速不變原理”和“相對性原理”二者作為基本原理推導出的結論。所以在狹義相對論中,“相對速度”這個詞要完全依賴於參考系了。你舉的這個例子中,如果把地球作為參考系,你看到兩束光相反方向傳播,兩束光相對於地球的速度都是光速。你可以說兩束光離開的速度相對地球是兩倍光速,但是你不能說它們之間的相對速度是兩倍光速,因為提到相對速度,一定要以兩者各為參考系來看。根據光速不變原理,以其中一束光為參考系,另一束光相對於它還是光速,反之也一樣。

帶入狹義相對論速度合成公式也是這個結果。速度合成公式:(v1-v2)/(1-v1v2/c^2),c是光速,v1和v2是相對於第三個參考系各自的速度。在這個例子中,第三個參考系是地球,帶入v1和v2一個是光速c,一個是反向光速-c,帶入到公式裡,得到(v1-v2)/(1-v1v2/c^2)= (c+c)/(1+c*c/c^2)=c,即相對速度還是光速。當然這個公式根本上還是源於光速不變原理,所以跟直接用光速不變原理沒區別。

順便提一下,宇宙大爆炸的早期,會有一個超過光速的膨脹期,稱為暴脹。但是這個“超過光速”只是在第三個參考系下看的相互離開的速度,並不是相對速度。暴脹期找宇宙任何兩個點看它們的相對速度,都不會超過光速。


九維空間

當然不會啦!光線是不能作為參考系的!

光速不變原理是狹義相對論的基本假設之一,也是被科學界公認的。題主這麼問一定是受到了伽利略的相對性原理的啟發!

其實在相對論發現的前夜,人們就曾懷疑過相對性原理的正確性。 簡單來說,相對論原理是最基本的物理常識,我們確定一個物體的運動與否一定要選取一個參照物,根據物體相對於參照物的空間變化來確定被測量物體的運動形式。

相對性原理是由伽利略系統提出來的,為此還演變出來了伽利略變換,牛頓繼承了伽利略的思想。


相對性原理有一個很明顯的推理就是:速度疊加。一個物體速度可以取任何值,這關鍵在於參照物的選取。所以在愛因斯坦之前的相對性原理中,物體沒有速度極限,光速可以無限快的!

但是有一個難以克服的問題出現了!在19世紀的時候,麥克斯韋已經推算出光速是恆定的,邁克爾遜莫雷實驗也已經證實了光速是不變的。

現在就尷尬了,要麼相對性原理錯了,要麼光速不變錯了!當時的科學家更寧願拋棄相對性原理也不願否定光速不變的事實!

狹義相對論發表之後,科學家才明白:原來狹義相對論和光速不變都沒有錯。


錯的是人們思想中根深蒂固的時空觀念。物體的運動會改變時間的流逝。

我講到這裡,題主明白了嗎? 相對性原理沒有錯,你也可以視一條光線為參照物,另一條的相對速度為2c。但是這毫無意義,是沒有科學道理的,因為光線是不能作為參考系的。速度的疊加不能適用到光速上!

洛倫茲變換表示的是:從觀察者自己所在的參考系去觀測另一個慣性系的物體運動。觀察者和被觀察者都是物體,都是不能達到光速運動的!


科學認識論

光速和光速合成當然不是兩倍光速。

悟空問答上這類問題總是被反覆問,然而看了一下,目前比較靠譜的答案只有兩個,不靠譜卻有一堆,所以還是講一下吧。

愛因斯坦是位物理大師,但是人家數學也很好。狹義相對論背後的數學保證了光速不變。

簡單的說,當兩個速度按照狹義相對論公式合成的時候,只要其中有一個是光速,那麼不管另一個是不是光速,合成的結果都是光速。

比如題目當中說的兩束方向相反的光@九維空間 已經算過了。我們可以看看另外一種情景,向同一方向發出兩束光,可能有人覺得這種方法也能得到2倍光速,有人則覺得這樣能使光靜止,那麼實際情況如何呢?可以按照下面的公式計算。

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在真空中是約30萬公里每秒。

科學理論並不等於真理,但是一種成功的科學理論是建立在數學基礎上並且符合實驗和觀測的,光速不變原理和狹義對論也是如此。

之前也有人問在一輛運動的車上發射一束光是不是就能超光速,這個問題其實一百多年前就有了答案。

地球的軌道速度接近30公里每秒,這個速度別說是車、比導彈都快多了,那麼沿著地球軌道方向發射一束光,和垂直地球軌道方向發射一束光,是不是有一個速度會超過光速呢?

1887年,邁克爾遜和莫雷用實驗告訴我們,兩者的速度差別小到測不出來,也就說兩個速度都是一樣的光速,這就是著名的邁克爾遜-莫雷實驗。現代的科學家已經可以將這種速度測量的誤差減小到10億億分之一,仍然支持光速不變原理。

然而,現在有些童鞋還是喜歡喊超光速,喜歡嚷愛因斯坦和相對論如何不對,但是他們說的話裡面常常一點數學也沒有,更別提物理概念和實驗觀測了,所以他們也許是在

跟愛因斯坦比中文吧?

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喬小海

這是不少人對光速理解的普遍性錯誤。光有兩大特性,光速恆定和光速限制。光速恆定並不是指光在真空中傳播速度為30萬公里每秒,而是指相對於任何參照物,光的速度都是30萬公里/秒(之前的相關問答中有多比提到,比如說靜止的你看以1/2光速飛行的飛船發出光的速度,仍舊會是光速,而不是光速的1.5倍)!

光速恆定原理非常重要,是理解愛因斯坦相對論的重要一環,它的本質告訴了我們時間膨脹的概念,時間是相對的,參照系的不同,得到的時間概念也不同! 還有一點,擁有靜止質量的任何事物都無法達到或超越光速!

不管是光速恆定還是光速限制,都是經過很多次實驗證實過的,絕不是一種思想上的猜想,是一種理論和定律! 理解了這兩點,再回過頭來看樓主提出的問題。首先人無論如何都達不到光速,只能無限接近光速,相對於任何參照系也都達不到光速。比如說兩個人以0.9倍光速向相反的方向飛行,他們看到彼此的速度並非1.8倍光速,仍是接近光速(具體多少有公式可以計算出來,這裡不再詳述)!

那麼假設一個人能光速飛行,是否真的永生了呢? 並不是這樣的,“永生”也是在別人的眼裡這個人獲得了所謂的“永生”,因為時間是相對的,所以只是在別人眼裡,這個人的時間靜止了,看起來他獲得了“永生”,但這個人自己仍舊感覺到時間在流逝,他並沒有獲得真正意義上的永生!不過如果有一天這個人重新回到地球,會發現地球上的一切早已物是人非,他會發現地球上已經過去了上百年時間甚至更長(假設這個人真的以光速飛行,那麼地球上的時間會過去無限長)!

所以說,時間是相對的,我們平時熟知的周圍的一切的運動也是相對的,但唯獨光速不是相對的,在任何參照系下都是30萬公里每秒!兩個接近光速飛行的事物的相對速度該如何計算呢?可以參考“洛倫茲變換”(相對論的基本思想來源,有一個計算公式,可以見到搜索瞭解下)!


宇宙探索

別被各種理論僵化了大腦,那些說什麼光不能作為參考系,所以並不存在兩束光相反傳播相對速度為2倍光速都是瞎扯,還搬出各種理論說大道理。很明顯,兩束光從同一點向相反反向傳播,在兩個方向介質一樣(或者真空)的前提下,同一時間傳遞相同的距離,所以相對速度就是2c,這很明顯的事情,搞的那麼複雜,故弄玄虛,鄙視。為什麼很多高學歷者創造力不如低學歷者,這就是知識框框限制了他們的想象力。好比那個笑話說的,一群博士在討論水滴從空中掉下會不會砸傷人,而一個農婦一句話讓他們啞口無言一樣,雖然是笑話,但是說的就是這個意思。


俠客大島主

不是,可以這樣簡單的解釋:

速度=距離÷時間,但接近光速的時候,時間會發生變化(變慢),因此上述公式的結果也會發生變化,相對速度自然也就不能簡單的疊加了,需要考慮時間變慢的影響。


海風

答:當然不是,它們的相對速度,可以理解為還是c;實際上,光速運動的參考系是沒有意義的!


討論相對論問題時,我們不能死板地用常識來理解,我們需要拋開常識,藉助數學去看待問題。

比如題設這個例子,用常識看待,他們間的相對速度是2c,實際上就落入了常識的陷阱,這是伽利略變換的結果,僅適用於低速宏觀。對於接近光速運動的物體,符合事實的是洛倫茲變換:



帶入v1=v2=c,得到的相對速度還是c,並不是伽利略變換認為的2c;當v1和v2遠遠小於c時,洛倫茲變換退化成伽利略變換,才回到我們的經典常識!


之所以出現這樣違背常識的結論,本質原因是我們常識認為時間和空間是絕對的,也就是牛頓力學的絕對時空。



但是實際上,相對論指出,時間和空間並非一成不變,宇宙被描述為四維的時空,時空和物體的運動速度相關,並滿足洛倫茲變換不變性。



艾伯史密斯

所有的糾結都在參考系的選擇上!

一、參考系是人類生活習慣中的普遍現象、只要我們對它有參考系選擇的不同、作用的速度就會不同、因而接受的能量也會不同!這再正常不過了!它是人類時空見慣的事實!上題有人回答、當兩輛汽車以相反的方向同速前進、它們的速度是兩倍的關係、這一點不會錯、假定我們在兩車之間拴上繩子、中間繫上拉力表、可以看見讀數就是單個汽車拉力的二倍!

二、傳統思維套用到光子世畀裡為什麼會失效?

這完全是物質的作用行為不一樣造成的、在光子的行為世界裡、它是個實足的獨火衝、它沒有平權的兄弟姊妹、不象宏觀的世界、大家都可相互作用、它生來就是獨霸天下、它只和它的光源發生相互作用關係、除此之外、對它速度的應響偏差在不同的介質裡都只是微乎其微、不足成為參考系!所以我們總是糾結相反方向的光速是不是二倍的問題、實際上、它們從來不和對面光速發生動量之類的作用、它們只認一個死理、光源、除此之外、什麼都不是、什麼都沒有、是人把它們用意識聯繫起來的假象、天體的一切規律都離不開作用、光子的作用是隨光源絕對性的特徵而定'性的、所以大家不要計較!謝謝拜讀!


上帝從不胡弄人

瀉藥。

這個問題直接回答就是,不會!還是一倍的光速,引入愛因斯坦狹義相對論中的光速不變原理,光速在真空中對任何觀察者都是相同的,光在真空中傳播速度是一個常數,不隨光源和所在者參考系的相對運動而改變,這個數值是299792458米/秒。

有四種著名的證明方法,有一種理解簡單的就是,恆星光行差長期不變(光行差是指運動著的觀察者觀察到光的方向與同時間同地點的觀察者的方向有偏差,比如地球上的觀察者觀測太陽光就有光行差)。

證明:光行差不隨時間變化,所以光速也不隨時間變化,所有的恆星光行差都是20.5度的角距,證明所有恆星的光速相同。

結論:光速是常數,不隨著觀察者的慣性,位置,時間而變化,就算是兩束向反方向的光,也是一種速度,就是光速。


蛐蛐15蟈蟈

在相對論中,光線不能作為參考系,那是為了有效說明相對論的原理。但在現實中是可以的,比如本題題目就是選擇了光線為參考系,否則本題就是非法提出(如果相對論是法律的話)。

若貝爾先生把文學納入了獎項,確沒有將數學納入獎項,為什麼?因為他認為數學根本就不是自然科學。在科學研究中,它是次於文學的兩大基石之一。文學全面闡述自然科學,而數學利用精確量化的自洽性,對自然科學進行預測。

人類創立並研究數學的真正核心目的是為了將科學研究成果轉化為科技生產力,為文明進步造福。沒有數學,科技將歸零。ꪣ從這個意義講,崇拜數學沒錯,但將這種崇拜帶入科學探索之中就不對了,必竟科學研究的關鍵是探索,數學只起輔助作用。

我支持2c觀點。因為這個問題不涉及廣義相對論,它就是一個1十1等於幾的問題。


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