假如有一個很大很長的高鐵,裡面再放一個高鐵,依次類推,人坐在最裡面,所有高鐵同時開動,人有沒有可能超越光速?爲什麼?

秦羽

答:不會!當前理論下,任何辦法都無法實現“有效信息超過光速”,不是技術問題,而是宇宙規律的本質就是“光速不能超越”!


原因就是狹義相對論限制,1905年,愛因斯坦以“狹義相對論等效原理”和“光速不變原理”為基礎,提出狹義相對論,解決了經典力學的眾多困境。



狹義相對論的一個直接推論,就是“光速不可超越”,這裡指的是“有效信息”的傳播速度不能超過光速;物質都是可以攜帶信息的,所以物質的運動速度都不可能超過光速。


狹義相對論對速度的描述,遵循洛倫茲變換,當物體的運動速度遠小於光速時,洛倫茲變換退化為經典力學中伽利略變換。



本質上說,伽利略變換是不對的,只是忽略誤差情況下的近似而已。


那麼對於題主的疑問,就不難解釋,無論你疊加多少高鐵,當速度接近光速時,伽利略變換不再適用,符合事實的是洛倫茲變換。

一旦你使用洛倫茲變換,速度就不能超過光速,只能無限接近光速。



另外,也可以用能量守恆來解釋,無限加速的物體,接近光速時,需要的能量無限大,這也將導致普通物體無法達到光速(光子可以達到光速)。

“光速不變原理”已被現代物理學認同,任何試圖把有“效信息超越光速”的實驗都是失敗的,沒有例外,題主的辦法行不通!


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艾伯史密斯

先說結論,無論套了多少個高鐵,坐在最裡面高鐵的人相對於地面的運動速度都不會超越光速。

題主這種想法無非就是想通過速度疊加,使人的速度相對於地面超過光速。如果想要通過該這種方法“超光速”,根本用不著這麼麻煩的假設,只要假設高鐵以0.6c(光速的60%)的速度相對於地面前進,然後人在高鐵上以0.5c的速度相對於高鐵向前飛奔,這樣按照速度疊加方法,人相對於地面的速度就是0.6c+0.5c=1.1c,即超過了光速。

然而,愛因斯坦的狹義相對論不允許任何物體以超光速運動,因為上述的速度疊加方法在接近光速時不能使用,而是要用下式:

當u=0.6c,v=0.5c時,合速度w≈0.85c

還是根據上式,可以計算出合速度w=c,不管高鐵的運動速度有多快,高鐵發出的光相對於地面的速度都是光速。這個原理被稱為光速不變原理,是狹義相對論的兩大基礎之一,也是推導出相對論速度疊加公式的根本基礎。

需要注意的是,光速不變並非愛因斯坦的假設,而是狹義相對論誕生之前,理論和實驗都共同支持了這一現象,愛因斯坦創立狹義相對論正是為了描述這樣的物理世界。

另外,如果u和v都遠低於光速時,相對論速度疊加公式中的分母就會趨於1,它就會演變為我們在中學物理中所學過的速度疊加方法,所以我們平時所用的方法其實是一種近似。


火星一號

當然不可能!無數次的實驗和理論推導都告訴我們光速不變原理是正確的,任何有靜止質量的物體都不可能達到光速,更不用說超光速!

伽利略變換

其實這個關於類似問題在很久以前就有科學家就在想了。我們知道在牛頓時期他的時空觀是絕對時空觀,即時間間隔和空間間隔均與參考系的運動無關!能充分表現出一點的就是通常我們所說的伽利略變換。

在兩個參考系S和S‘,兩座標系原點重合,S’系相對於S系沿X軸以速度 u 勻速運動。 則一個事件P,在S‘系中記為 (X/,Y/,Z/,t/),在S系中的記為(X,Y,Z,t)。所以我們可以得到我們一般情況下的座標、速度、加速度和力學相對性原理。



伽利略變換的困難

在狹義相對論建立以前。人們認為任何速度的疊加都滿足伽裡略變換。但在光速領域裡卻碰到了困難。如果按照伽利略變化,下圖的兩種情況光速均不一樣!




並且在1887年邁克爾遜和莫雷做的實驗表明光速在所有慣性系中測量到的真空中光速沿各方向都等於c,與光源和觀察者的運動狀態無關,否認了以太的存在,這與剛才的例子相矛盾,這說明對於光速領域很多問題必須重新認識。

光速不變原理和洛倫茲變換

正是因為上面的實驗證明了以太的不存在,愛因斯坦提出了著名的兩個假設:相對性原理和光速不變原理。進而從這兩個原理洛倫茲為了解釋邁克爾遜實驗提出了洛倫茲變換。

同樣有兩個參考系S和S‘,令S‘系相對於S系以速度u沿X軸第作勻速直線運動,且在S’系與S系原點重合時開始計時。

所以我們可以得到座標與時間之間的變換關係:


通過這個關係進行再推導就能夠得到速度之間的變換關係


推導過程就是座標和速度之間的倒數關係,從上面的變換中我們可以看出與伽利略變換不同的是,在洛倫茲變換中X‘方向的運動對y、z方向的運動有影響,而在伽利略變換中就不存在這個問題。

通過洛倫茲變換我們就能解釋為什麼光速是不變的!我們設 S‘系的A質點就是光子且其沿x’軸運動,即Vx’=c,所以我們帶入公式就可以得到:



同理在其他方向也是一樣,這就證明了光速不變原理!

伽利略變化和洛倫茲變換之間的關係

洛倫茲變換的出現進一步說明了以下幾點:

1、 洛倫茲變換是愛因斯坦狹義相對論時空觀的數學表達式。

2、說明了時空是物質的一種基本屬性,即時、空不再分離,而是統一的整體,與物質的運動相關。在相對論的時、空觀中,不存在空無一物的時、空點。在統一四維時空中的一個時、空點對應著一個具體的事件。

3、物質運動的極限速度為真空中的光速度 c。

4、洛倫茲變換是比伽利略變換更具普遍意義的變換。

當u<<c時,洛倫茲變換確實回到伽利略變換,故知滿足伽利略變換的牛頓定律,只能在低速範圍內成立;而要想保證所有的物理規律在所有的慣性系中保持不變,只有洛倫茲變換才能完成。

所以不管你在一個高鐵中疊再多的高鐵,人的速度都不能超過光速,不信你代入到洛倫茲變換中就行了。


這次的回答可能比較複雜和專業,但希望大家能認真看!因為這些都是真正的乾貨!


科學認識論

首先是不可能超過光速的

其次也不用說的這麼麻煩,我給你簡化一下:

假如有一架接近光速的戰鬥機(90%的光速),它發射了一枚導彈(飛行員測到導彈的速度為0.5倍光速),請問導彈在地面人員眼中速度是多少?超過光速了嗎?


估計不少朋友都會脫口而出:1.4倍光速。不過很遺憾,正確答案是0.96倍光速

為什麼呢?因為在高速狀態下,我們必須考慮到相對論。

在狹義相對論中,專門有這樣的一個公式,分析了速度疊加時的情況(見下圖

對應到開頭所舉的例子,等式左邊是地面人員的觀測速度,等式右邊v是戰鬥機速度,u是飛行員測到的導彈速度,c是光速

而這個公式是怎麼來的呢?

這也就涉及到狹義相對論是怎麼創立的,或者說它的基本出發點是什麼?

兩個:光速不變原理和狹義相對性原理

具體內容就不介紹了。再回到題主原本的問題,像俄羅斯套娃般的放置高鐵,不管放多少,最裡面的那個,速度始終不會超過光速。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普

先給出答案:不可能超過光速!

記得之前回答過類似的問題,一艘宇宙飛船以0.6倍光速飛行,外星題目飛船上以0.6倍光速發射火箭,火箭的速度是不是超越光速了呢?

這兩個問題本質上是一樣的!

很多時候,我們總是把問題想得太簡單太片面,而忽略了的很多因素!愛因斯坦的狹義相對論已經表明,任何有靜質量的物體都不可能超過光速,而且不管以什麼參照物來看都是如此,這個理論得到了的無數次證明!

那為什麼總會有很多人不解呢?總會有人試圖利用相對速度的概念來自完成超越光速呢?就像提問者那樣?

現實生活中,相對速度我們都很熟悉,比如你我各以6米/秒的速度反方向奔跑,我們看到對方的速度就是12米每秒!

但如果較真的話,真的不會是正好12米每秒,運動會影響你我感知的相對時間,但由於這種差異奇怪太小了,完全可以忽略不計!

說了這麼多,再回到問題中來!其實這個問題不用愛因斯坦的狹義相對論如此高深的理論也能解釋,用一種通俗的方法!

那就是把無數個高鐵看成一個整體(事實它們確實事物一個整體),內部高鐵無論如何運動改變不了整體的運動狀態!這就相當於你不可能坐在一個靜止的自行車上把自行車推走,一個道理!

既然是一個整體,提問者的問題其實很簡單,不用高鐵套高鐵把自己都套暈了,問題的本質可以簡化成這樣:高鐵的速度能超過光速嗎?顯然不能!

往細節方面說,為了方便說明,最外面高鐵叫“高鐵A”,靠近高鐵A裡面的叫高鐵B。假設高鐵A以0.6倍光速行駛,高鐵B也想以0.6倍光速行駛,誰給高鐵B動力?

肯定是高鐵A需要給高鐵B產生0.6倍光速的動力,但力的作用是相互的,那麼高鐵B一定會給高鐵A一個0.6倍的反向作用力,如此一來高鐵A的速度就不可能保持0.6倍光速!

有人會說地球會給高鐵A動力,但不要被地球的巨大嚇到,地球何嘗不是一輛巨大的“高鐵”呢?當速度足夠高時,高鐵A也會對地球運行速度產生明顯影響,因為當高鐵A越來越接近光速時,質量會越來越大,需要越來越多的能量推動它,這種無窮大的質量和能量當然會反作用於地球,地球甚至會被輕而易舉地推離原有軌道!


宇宙探索

假如有一個很大很長的高鐵,裡面再放一個高鐵,依次類推,人坐在最裡面,所有高鐵同時開動,人有沒有可能超越光速?為什麼?

這個問題就是在0.6倍光速的飛行器上發射一枚0.6倍光速的導彈問題的翻版!狹義相對論框架下,所有有靜止質量的物質無法達到光速,更不要說超過光速了;其實也很簡單,速度越大就越不能用牛頓慣性理論來理解了,空口無憑,我們來計算下:

v=(v1+v2)/(1+v1*v2/c^2)

最終速度v=(速度1+速度2)/(1+速度1×速度2/光速的平方)

v=(0.6+0.6)/1+0.6*0.6/1^2≈0.88c 也就是說,兩個0.6c的速度疊加等於0.88c

因此無論你如何疊加,是無法超過光速的。

另外在速度極度接近光速時會有質增效應

m=m0/√(1-v^2/c^2) 很簡單,如果速度等於光速,無論這個飛行器質量是多少,最終的結果都是無窮大,因此你火箭的推力再大,也不可將一個質量無窮大的飛行器加速到光速。

所以,認為速度疊加可以超過光速朋友可以洗洗睡了,睡醒去複習一下愛老頭的狹義相對論。


星辰大海路上的種花家

我來解釋一下吧,可能不是很準確,瞭解下就好。

首先光速是不可超越的,而實現一個你認為超越光速的速度是很容易的,舉個試驗例子。製作這麼一個裝置,裝置兩端平行放置兩塊鏡子,然後垂直鏡面打一束光,假設沒有能量損耗,光就會一直在兩面鏡子之間反射,原來這個裝置就在水平移動,那麼這個裝置就會有一個水平的速度,兩面鏡子間反射的光也有一個水平的速度,那麼光在垂直方向以光速傳播,在水平方向有一個水平速度,那麼這束光的合速度必然大於分速度,也就大於光速了。

但實際是什麼呢?實際是這束光的速度依然是光速,依然是3*10^8 m/s的速度。為什麼呢?那就要說一下什麼是速度,速度是物體單位時間內走過的距離,是由兩個變量組成的,距離和時間。我們所認為的那個大於光速的速度並沒有大於光速,錯在哪呢?那就是計算光速的那兩個變量,距離不會錯,走了多遠就是多遠,那麼就是時間的計算錯誤了。答案就有了,光在1秒走了3*10^8 m,剛剛那個試驗假設光斜著走了3*10^8 +1000m,而你認為時間是用了1秒,而在那個裝置的時間軸線上實際是略大於1秒的,距離除以時間後得到的光速仍然是3*10^8 m/s。也就是我們計算錯誤的並不是光速,而是時間!

實際所有不同物體間的時間軸都是不一樣的,因為他們的速度不完全相同,你越接近光速,你的時間就會過的越慢,就好像那個具有水平移動速度的裝置的時間軸就要比靜止的你的時間軸過的要慢些,但由於我們平時所能達到的速度太低,所以可能窮盡一生也不會為生命增加多少時間。而上面說到的速度快時間過的慢些也只是相對的,相對那些速度慢的物體,然而你所感受到的時間並沒有增加而可能是你以為你增加了壽命。

再舉個例子,也是一個比較有名的猜想,假設有一對雙胞胎,哥哥(二十歲時)駕駛以太飛船(物理界猜想的一種高速運動的飛船)向太空駛去,最後繞了一圈又回到出發地,下飛船迎接他的是弟弟,然而弟弟此時已經四十歲了,而哥哥只比出發時老了八歲。

在地球的弟弟會感嘆哥哥永葆青春了,然而在哥哥看看,自己也只是實實在在的過了八年而已。


xiaohua4

如果我有根1.5億公里(地球到太陽的距離)長的棍子,(理想中的棍子,不會壓縮,融化),這棍子(耐高溫,不被太陽融化)基本就已經頂著太陽了,我捅一下太陽,算是給太陽一個信號,瞬間的事吧,不超過一秒的動作,別考慮棍子會不會存在,我就問我這信號傳遞速遞的速度是多少?遠遠超過三十萬公里每秒了吧?太陽光到達地球也要八分多鐘。

我啥也不懂,但我覺得前賢總結定律公式都是不斷分析總結出來描述宇宙的,未必都是不可推翻的,學習前人留下的結晶,讓我們探索科技真理時多一些借鑑,不能完全當做金科玉律,科學不能失去了質疑和幻想。


user4185363794137

不用怎麼複雜,人在因為地球自轉圍繞地球旋轉,地球圍繞太陽旋轉,太陽圍繞銀河系臂選擇而其又圍繞銀河系旋轉,最後銀河系本身又是在漫無目的的移動,所以理論上來講相對於宇宙而言你早就超過光速了。

但為什麼又不違反光速不可超越呢?這就是一個相對空間的問題,以宇宙這個大空間來看你是超越了光速。實際上更具相對論,你不是超越了光速,而是你的相對空間時間流速加快了。而和你在同一個空間內的光(比如你手裡拿個手電筒)依然會相對於你進行光速運動。所以你相對於宇宙超過了光的移動速度,但是你依然趕不上你面前的光。

舉個例子:一輛小車裡面有個光源小車高3,向前開8,如果當小車從起點開始發射光源到終點正好反射到達地面問光走的實際距離是3+3=6,還是下面的線段5+5=10?(別問5怎麼來的勾三股四玄五)很明顯如果你實際測量光的移動距離那麼就是6,光速≈30w km/s為了方便計算設單位為10w km(即 億米)那麼小車開動時間為2秒。

從小車外看到的光移動距離為10,光速是3,那麼小車開動時間是10/3秒。

所以小車內的時間比小車外的時間快了0.6循環倍



狂奔的蝸牛89044426

你這個設計很像多重宇宙,多重空間的 意思。

通常我們說一物體的速度是若干,實際上就是以我們這個系統為參照系,建立一個座標系,或宇宙空間;那麼,這個物體也建立一個座標系,其相對我們的運動,可以認為就是其座標系在我們這個座標系,或宇宙空間中進行座標變換,即一個二階張量場上的變換。狹義相對論是在時空中構造的一個二階張量場,即將時間作為顯函數直接參與構造張量場,產生的變換是洛侖茲變換,其張量場或張量群有個特殊性質,或運算,即光速不變,或光速是這個運動群上的不變量。

如果你一個高鐵套一個套鐵,再套一個高鐵,這相當於一個洛侖茲變換群,再乘一個洛侖茲變換群。你這就是構造了n階乘群,應該還是等價為一個洛侖茲群而已!從這你也大致能看出所謂多重宇宙,嵌套空間也即這種乘群空間而已!沒什麼神奇的。這其實從抽象數學來講,就是集合通過加括號操作,形成某個給定集合(例如我們的宇宙空間)子集族的集合,即一個拓撲。一個高鐵套一個高鐵就類似這麼個拓撲空間,而這個空間上的“本底性質”,或運算,即洛侖茲性質,或運算,仍然是這個拓撲空間上的性質。

而所平行宇宙,卻不是由一個“基底”構造出的拓撲。如果兩個集有聯繫,即有交集,則構造出的拓撲空間,由於交集的緣故,可能最終的集成為了“一體”,即生成的拓撲空間,仍然其實就是“同一個”而已。如果沒有交集,則兩個“基底集”將構造不出完備的拓撲空間。


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