NEWN牛頓

超光速沒那麼容易，不是隨便扔個開著的手電筒就能辦到的。雖然飛出去的手電筒有著一定的速度，但是光速並不會疊加手電筒的速度，因此這束光仍然是保持光速不變。

愛因斯坦的狹義相對論建立在兩個基本原理上，分別為：光速不變原理和狹義相對性原理。其中光速不變原理規定了真空中的光速，在任意慣性參考系下數值保持不變。如果利用幾何語言來說明光速不變則更為簡明，光的世界線永遠是類光曲線，這個結論在狹義相對論或廣義相對論中都成立。

就題目中的問題來說，我們這個事件是發生在平直時空裡的（地球完全可以近似為慣性系，或者乾脆認為這個事件發生在極其空蕩的宇宙空間中，附近不存在任何天體），因此狹義相對論可以很好的解釋這個問題。

比如說這個手電筒在你面前作勻速直線運動，然後順著運動方向上射出一束光線，那麼這束光的速度相對於你來說是多少呢？答案很簡單，根據光速不變原理，光速在任意慣性系中都是相同的，或者說光走的是類光曲線，因此光的速度仍舊是大約每秒30萬公里。

實際上狹義相對論中存在一個速度變換式，可以清晰的得到任意物體在某個慣性系下的速度，見上圖，由於具備靜止質量的物體速度不能達到光速，因此這個式子通過一些簡單的數學證明，就能知道得到的最大速度並不能超過光速。

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賽先生科普

對於相對論的誤區

關於相對論，一般人誤區最大的就是拿牛頓的世界觀來套用。什麼意思呢？

我們可以先來看看，牛頓對於運動問題的解決方案。這其實來源於伽利略的相對性原理。具體的操作其實就是速度疊加。我們來舉個例子，假設一個人在一輛小車上，這小車從右往左運動，每秒是10米，而人在車上運動，每秒是5米。那這個時候如果要求地面觀測者看到車上的人的速度，那應該是多少呢？

科學是注重過程的，對於這個問題，牛頓世界觀下的解決方案，其實就是把兩個速度進行疊加，也就是說，地面觀測者的速度是車速+人的速度，也就是10+5=15米/秒。

所以，如果一個手電筒打開並扔出去，如果用牛頓的世界觀，地面觀測者看到的光的速度就應該是光速c+手電筒的速度，所以一定會大於光速c。

可問題的關鍵是，牛頓和愛因斯坦的世界觀是不同的，具體來說，在愛因斯坦的理論框架內，速度不是單純的疊加。還是車子和小人的例子，如果用愛因斯坦的理論來計算，其實是下面這個計算公式。這個計算式其實是通過光速不原理和相對性原理，推導而來的，想了解的可以自己簡單推一下，其實就是一個初中數學的難度，數學上並不難，難的其實是物理學的思想。

如果把剛才的速度帶入計算，你就會發現，結果約等於15m/s，只是在小數點後15位有個極其微笑的差異。實際上，牛頓力學其實是相對論在宏觀低速下的近似值，這也是為什麼，我們牛頓力學其實會讓我們感覺到特別準確的原因。我們生活在宏觀低速下，所以牛頓力學和我們的直覺特別匹配，但一旦速度快起來，其實牛頓力學的誤差就會體現出來，這時候其實就需要用到相對論。

還是扔手電筒的那個問題，實際上，如果你假設手電筒有個速度，再帶入進去算，你會發現，最後的結果其實還是光速c，並不是牛頓力學計算出來的超光速。所以，其實在相對論當中，光速其實和光源是沒什麼關係，無論光源到底在不在運動。不僅如此，其實一開始相對論被稱為相對論，愛因斯坦是有點不願意的，因為這個理論更像是絕對論。這裡的絕對，其實就是光速，光速在任何慣性參考系下都是光速。

相對論和牛頓力學的本質區別？

那你可以能要問為什麼相對論和牛頓力學會有所區別呢？

這其實是愛因斯坦和牛頓對於時空的看法不同造成的。牛頓認為“時間”和“空間”是彼此獨立的，而且對於任何參考系（觀測者）來說，時間和空間是一樣的。意思就是，對於任何人來說，一秒就是一秒，一米就是一米，在大家眼裡一秒和一米都是一樣的，和他們的運動狀態沒有關係。

而愛因斯坦則認為，“時間”和“空間”並不是分立的物理量，而是可以被統一的，他管著叫做“時空”。具體來說就是，由於運動狀態的不同，時間和空間也會發生變法。

比如說：高速運動的物體，就會發生時間膨脹效應和尺縮效應。

具體點來說，就是如果剛才的例子變成一艘飛船，飛船從高空快速掠過。在對於地面觀測者來說，飛船上的時間就會發生膨脹。具體的膨脹是這樣的，如果飛船上的人在做廣播體操，那地面上看到的情況就是慢動作的廣播體操，具體膨脹效應其實也可以通過相對論的推導公式來求解。

這裡補充一點，其實飛船裡的人感受到的時間還是在很正常的，所以他做的廣播體操還是正常速度。還有，如果地面觀測者也在做廣播體操，那對於飛船上的人來說，他看到的其實也是慢動作廣播體操。這裡其實就是相對性原理在起作用，畢竟運動是相對的，飛船上的人相對於地面觀察者是告訴運動，同理，我們也可以看到是地面觀測者相對於飛船上的人在高速運動。

而尺縮效應的情況也是和時間膨脹是類似的，在這裡就不贅述。

雖然，相對論得出的結果特別反直覺，但是科學上的事請其實要靠實驗來證明。愛因斯坦狹義相對論這些年也確實被不少的時間所證明，首先就是μ子實驗，其次還有銫原子鐘實驗等等。這些在網上都可以搜到，想了解的可以自行搜一下。

這些實驗都非常強有力的證明了愛因斯坦的觀點。而那個讓人無法理解的光速不變原理，說白了就是時空的一種特殊屬性，是描述任意兩個事件之間的時空距離。

最後，我們來總結一下，牛頓世界觀和愛因斯坦的世界觀對於“時空”的認識有本質的區別，正因為如此，在計算運動速度時，牛頓世界觀下，常常是通過簡單的速度疊加來完成的。而實際上，愛因斯坦的理論也有相關的速度合成公式，在解決高速問題時，其實應該用的是愛因斯坦的狹義相對論而不是牛頓力學，如果從狹義相對論來求解，那一定不存在超光速的事件。所以，扔出去的手電筒中射出光並沒有超光速。

鍾銘聊科學

當然不會超光速。所有認為發生了超光速的人，都是以伽利略變換在解這道題。而世界上所有針對光速的問題，目前都只是在相對論的框架下進行解釋，也就是要運用洛倫茲變換來解題。

什麼是伽利略變換？

伽利略變換，是建立在絕對時空觀上的一種速度求解方式。

簡單來說就是，絕對速度=相對速度+牽引速度。

這個方程是一個矢量方程。什麼意思呢？

打個比方，比如人在車上走，人相對於地面的絕對速度，就應該是相對於車子的速度，加上車相對於地面的速度。

即如果人與車是同向，那麼上面的方程裡，人的速度和車的速度就應該相加。如果人與車的方向是相反的，那上面方程裡，人的速度與車的速度就應該相減。

以伽利略變換思路解題，問題裡的手電筒的速度就是牽引速度，射出的光相對於手電筒速度為光速，所以得出相對於地面，射出的光似乎應該是超光速。這其實是絕對時空觀下，得出的結論。

也是大多數不熟悉相對論的人，慣用的思考方式。

造成這樣的原因，其實是因為伽利略變換是牛頓力學的數學基礎，而我們從小都在學習牛頓定律，這造成了一種根深蒂固的慣性思維，基於伽利略變換建立起來速度理解。

因為太熟悉了，所以一旦遇到運動問題，我們都會下意識地，運用伽利略變換來思考。

而根據狹義相對論，其中一條最重要的結論就是，光的速度與光源的運動無關。

也就說，一束髮光的手電筒，如果被拋出去，射出去的光不會因為手電筒光源產生了一個速度，而變成超光速。

光速不變的本質其實就是，時空產生了變化，時間與空間產生了畸變。我們記住這個結論運用就是了。

而之所以得出這個結論，則是通過洛倫茲變換推導出來的。

荷蘭物理學家亨德里克·洛倫茲1904年提出的洛倫茲變換，本來是用於調和19世紀經典電動力學與牛頓力學之間的矛盾，而後來被愛因斯坦發現，作為了狹義相對論的數學基礎。

打破了牛頓建立起來的絕對時空觀，提出了相對時空觀。

在狹義相對論的體系下，光速可以看成一把測量時空的尺子。這個尺子是不會變的，變的是我們對於時空的感知。

我們最熟悉的就是“光速不變”。

所以從某種意義上來說，愛因斯坦的相對論，可以理解為光的絕對論。

所以，這個題的答案很簡單，光速不變，還是30萬公里/秒。

關於速度問題，能用洛倫茲變換替代伽利略變換嗎？

能，但伽利略變換永遠不會被淘汰，就像牛頓定律我們還在用一樣。

因為，我們本身生活在一個低速環境中，而在這樣的環境中，運用伽利略變換和運用洛倫茲變換得來的解，其差值完全可以忽略不計。

而伽利略變換計算十分簡單，更方便易用。

而看看下面洛倫茲變換的公式，一定頭都大了。日常應用如果用它來計算，是一件很麻煩的事。

所有的公式、理論方便易用，才是最有實用價值的。

而只有在解釋宇宙天體運動時，往往就不能運用伽利略變換了，而只能運用以洛倫茲變換為基礎的相對論。因為宇宙中的天體們，都處於高速運動中。

結論

伽利略變換與洛倫茲變換並不矛盾。只是一個適用於低速條件，一個適用於高速條件下。

伽利略變換是洛倫茲變換的簡化版，牛頓定律的所有解，也都是相對論的近似解。

在運動不超過光速的十分之一時，用伽利略變換就行了。而一旦速度超過了光速的十分之一，就不得不考慮相對效應，就必須使用洛倫茲變換。

當然所有涉及光速的腦洞問題，都必須以洛倫茲變換來計算， 也就是必須遵循相對論的解題思路。

想法捕手

對“與光源的運動狀態無關”的理解

實際上，光速與光源運不運動真沒關係，你可以這樣來理解：打開手電筒發出光後，不管需不需要介質，發出的光就與手電筒無關了。手電筒無論怎麼運動都絲毫影響不了已經發出的光。

說到這裡，我們似乎可以得出結論：光及光速只與它們的運動背景或媒質有關。不過關於光以太媒質的問題在上個世紀已經得到解決。大家公認，光的傳播是不需要媒質的，絕對靜止的以太是不存在的。那剩下來的只能是它們的運動背景――時空，因為光速再快也是在時空中的運動，不可能跑出時空“之外”，否則它的速度是沒法度量的。如果不能把時空稱為光的傳播媒質，也只能稱其為“運動背景”，由上分析可知，光及光速與時空是緊密相連的。

對“與觀察者運動狀態無關”的理解

如果說光速只與光源的運動狀態無關，那把光的傳播可以理解為介質的傳播，就像聲音的傳播，在空氣中、水中、木頭中的傳播速度是不一樣的，聲源發出振動後的傳播速度只與這些介質的性質有關，而與聲源無關。因此同理，光的傳播速度與光源的運動狀態無關。但是光和聲音不同，光速不但與光源運動狀態無關，與觀察者的運動狀態也無關。隨著觀察者變換不同的參考系，光速竟然還是不變，這說明光的傳播不是簡單的介質傳播，因為介質是不會隨著觀察者一直同步運動的。這怎麼解釋？這不由讓人想起度量光速的時空背景來了，所謂的光速都是以時空來度量的，那光的傳播是不是就是時空自身的傳播，或者說只與時空有關，而不僅僅把時空看成一個運動背景？

物原愛牛毛1

　首先，光是變化的電磁場，它的運動速度與其所在的空間位置上的性質有關。在真空中，光相對光源速度恆定；而在介質中，則光速由介質的性質和狀態決定。

　其次，由於運動速度的大小與方向是相對的。因此，光速不僅與其所在空間位置上的性質有關，也與測量裝置的運動狀態有關。也就是說，在真空中，光速雖然相對光源速度恆定。但當測量裝置相對光源運動時，實測到的光速也會不同；而在介質中，則除了與介質的性質與狀態有關外，也與測量裝置相對介質的運動狀態有關。就像聲波在大氣層內速度約為350米/秒，但測量裝置在大氣層內相對聲源運動時，實測到的聲帶也將不同。對於光速也一樣。

　回到題主的問題上，則也應從兩種空間性質和兩種觀測狀態來分析：

　1、當手電筒射出的光在大氣層內運動時，其速度相對大氣層速度基本恆定，無論你把手電筒扔出去的速度是多快。就像超音速飛行的飛機產生的聲波速度仍相對大氣層恆定一樣；

　2、當手電筒射出的光在大氣層內運動，而測量裝置也在大氣層內運動時，則測量到的光速應遵循經典物理學的速度疊加原理：當測量裝置朝光源運動時，光速高於光在大氣層內的速度.反之，就低於光在大氣層內的速度。

　3、當手電筒在真空中時，則其射出的光相對手電筒速度恆定。

　4、當手電筒在真空中時，扔出去的手電筒產生的光相對不動的測量裝置來說，其光速會增加並超過相對靜止時的光速。

　關於光速的其他方面的問題，可參閱本人的以下文章：

彭曉韜

光速的絕對速度目前理論上認為是不變的。。

就好像你走路速度是5公里/小時，你在火車上走路依然是這個速度，不會因為你在火車上你的走路速度就快了。。

但是，相對速度，以現在人類的技術沒法去驗證相對速度適不適用於光傳播。。

但是，我認為這是肯定的。。

假如有一群人，處在離地球2萬光年的地方，他們要看到地球此刻的光，要等2萬年。。如果他們中有一個人乘坐速度為1/2光速的飛行器往地球飛，那麼他會提前5000年看到地球此刻的光。。。。。所以，論相對速度，他超光速了，或者說光對於他來說是超光速了。

電筒拋出去，相對速度是肯定超光速了的，只是這個量對於光速來說根本就忽略不計。。。

但是，絕對速度，你沒有超光速。。

其實我們時時刻刻都處於相對超光速狀態，同時，也時時刻刻處於延遲狀態。。。這才是世界的本來面貌。。。如果我們既不超光速又不延遲，那世界該是靜止的。。。

笨笨牛850

光速都是定點測的，運動光源的光速也沒實測過，由於光速很大就算真的能疊加光源速度測出來也是很難的

綠水青山48936175

光速1秒鐘30萬公里，打開手電筒光柱可能走不到1秒鐘光速的距離就沒有了光，就像人扔石頭只能到一定程度落地就沒有了。將一個手電筒打開，光的運動原點已經確定，扔出去手電筒沒有改變光的運動起始原點。物體在單位時間內通過的路程的多少，叫做速度。對於事物的速度確定，首先需要確定測試的起點，例如對一列正在勻速直線行駛的火車，首先需要將計時鐘對應於火車所處的位置作為起點，過1小時火車通過的距離即為時速。在手電筒發出的光，也就是說在發光的那時原點就被確定了，過一秒鐘光通過的距離稱秒速。說句實話，我並不知道手電筒的光速是多少，因為手電筒的可見光照明距離很近，光速1秒30萬公里，可以繞地球7圈半，手電筒🔦光能否到達30萬公里處，還是疑問？光明與黑暗，白天與黑夜，應指光是使人看見事物，看不見為黑夜🌌，即使使用儀器也是能看見的才是光。假如用手電筒照1萬公里外的事物，那事物應該很快就會遇到手電筒的光。光具有照明的作用，應該是可見的。速度能否疊加，以伽利略變換為例。

速度是一種事物的運動特性，例如人的步行速度，步行，是指人或其他兩足動物使用比跑步慢的速度行。

在人類或其他兩足動物中，一般來說，步行是用腳步進行的，且在步行階段中，僅單腳離開地面。相反，在跑步的中開跑的時候，一般均是雙腳離地。

根據統計，平均在九到十六個月間，大多數寶寶開始學走[1]，而平均老年人步行的速度是3.2 km/h ~ 3.9 km/h，年輕人則為3.75 km/h ~ 5.43 km/h[2][3]。而在行人路、小徑或路上行走的人則稱為行人。

行人🚶‍♀️的速度並沒有因為兩個人背對背行走而改變，也沒有在火車車廂地板上行走而改變。光速也一樣。

速度是不同種類的事物運動特徵，各自獨立。在複合關係中，速度不能相加或相減。

我們讀科學家寫的書，也是一種自我重新開始認識的一個過程。科學家的思想對普通人來說影響深遠，因為普通人認為科學家的思想是通過檢驗的真理表達，今天我要說的在狹義相對論中伽利略速度相加原理W=v+w可能是錯的，我們無法不加辯別就跟隨在錯誤的思維中前行。我們用這樣的例子說明，看到火車的人都知道，一列火車由很多節車廂組成，假如一列火車載有10節車廂，以每小時100公里的勻速速度行駛，這10節車廂都是維持每小時100公里的速度行駛，假如在某個車廂，在這裡就用第三節車廂，在第三節車廂有人向前行走，為方便說理，假如人以每小時1公里的速度與火車同向行走，使用W=v+w公式，得出W＝100公里+1公里＝101公里，這101公里的速度無論代表人的速度，代表火車的速度還是代表火車與人的速度相加，在這一列載有10節車廂的火車，都沒有得到合理的位置。這一節車廂與其他車廂不同的速度結果，這顯然與事實不符。在狹義相對論中將人在車廂走動的速度換成光的速度，由於基礎是錯誤的，結論會變得正確嗎？

pdf版10-11頁：6.經典力學中所用的速度相加定理 假設我們的舊相識，火車車廂，在鐵軌上以恆定速度 v 行駛;並假設有一個 人在車廂裡沿著車廂行駛的方向以速度 w 從車廂一頭走到另一頭。那麼在這個 過程中，對於路基而言，這個人向前走得有多快呢?換句話說，這個人前進的速 度 W 有多大呢?唯一可能的解答似乎可以根據下列考慮而得:如果這個人站住 不動一秒鐘，在這一秒鐘裡他就相對於路基前進了一段距離 v，在數值上與車廂 的速度相等。但是，由於他在車廂中向前走動，在這一秒鐘裡他相對於車廂向前 走了一段距離兒也就是相對於路基又多走了一段距離 w，這段距離在數值上等於 這個人在車廂裡走動的速度。這樣，在所考慮的這一秒鐘裡他總共相對於路基走 了距離 W=v+w。我們以後將會看到，表述了經典力學的速度相加定理的這一結 果，是不能加以支持的;換句話說，我們剛才寫下的定律實質上是不成立的。但 目前我們暫時假定這個定理是正確的。 當然我們必須參照一個剛體(座標系)來描述光的傳播過程(對於所有其他 的過程而言確實也都應如此)。我們再次選取我們的路基作為這種參考系。我們 設想路基上面的空氣已經抽空。如果沿著路基發出一道光線，根據上面的論述我 們可以看到，這道光線的前端將相對於路基以速度 c 傳播現在我們假定我們的車 廂仍然以速度 v 在路軌上行駛，其方向與光線的方向同，不過車廂的速度當然要 比光的速度小得多。我們來研究一下這光線相對於車廂的傳播速度問題。顯然我 們在這裡可以應用前一節的推論，因為光線在這晨就充當了相對於車廂走動的 人。人相對於路基的速度 W 在這晨由光相對於路基的速度代替。W 是所求的光 相對於車廂的速度。我們得到: w=c-v 於是光線相對於車廂的傳播速度就出現了小於的情況。 但是這個結果是與第 5 節所闡述的相對性原理相牴觸的。因為，根據相對性 原理，真空中光的傳播定律，就象所有其他普遍的自然界定律一樣，不論以車廂 作為參考物體還是以路軌作為物體，都必須是一樣的。但是，從我們前面的論述 看來，這一點似乎是不可能成立的。如果所有的光線相對於路基都以速度 c 傳播， 那麼由於這個理由似乎光相對於車廂的傳播就必然服從另一定律——這是一個 與相對性原理相牴觸的結果。

KongZWang

伽利略變換根本不正確，任何慣性參考系光速都不變

紫禁王者丿121405701

別做夢了！主流認為能量是一份份存在的！說的白點就是避免超光速思想實驗驗證！是不是有點刷懶的成份存在！哈哈

關鍵字: 手電筒 科學 光速