86公里的愛情

為了顯示自己水平高，先把以往科學家的一些理論給否定一下。先否定光速這個概念。讀初中物理的時候，當時記得速度的定義是：物體單位時間內運動位移的多少稱其為速度。對吧？

既然如此，在回過頭來說說“光速”。啥叫光?光是物質嗎？科學家們不知用什麼亂七八糟的手段竟然測得光速每秒鐘三十萬公里。光既然連物質都沒混上，何來的速度！光能運動嗎？要是作為物體運動光每秒鐘三十萬公里，那麼，一切物質在物質光的運動作用下齏粉都剩不下。不信用質能方程計算一下，哪怕光有無限小的質量，與每秒三十萬公里平方的速度正面相撞，其產出的能量啥東西都給你化得蕩然無存。今天我們還妄圖躺著海灘上曬太陽？煙兒都不剩！

本文最後繼續更正，沒有光速。物體的速度能多快就多快，千萬別提光速，也別和什麼光速比較。因為她根本不存在。

頑石補天

這是個很容易想到的問題。狹義相對論早已給出了回答：不會，在地面看起來你的速度仍然是光速。

要理解這個結論，首先要明白，為什麼這會成為一個問題。你的直覺是什麼？是“在地面看來，你的速度等於飛船相對於地面的速度加上你相對於飛船的速度”，對不對？

好，這是生活中的常識。但在相對論中，這個常識是錯誤的！

讓我們用數學把這個問題表述得簡潔一些。有兩個互相之間做勻速直線運動的參照系，在1號參照系看來2號參照系的速度是u，而一個物體在2號參照系中的速度是v，而且這兩個速度在同一個方向上。我們把這個物體在1號參照系中的速度記作v'。那麼，你的常識就是：

v' = v + u。

這個式子叫做“伽利略變換”，是意大利科學家伽利略（1564-1642）最先注意到的。

在日常生活中，伽利略變換是正確的。比如說，你在一輛汽車上跑步，你相對於汽車的速度是5米每秒，汽車相對於地面的速度是15米每秒，那麼你相對於地面的速度就是20米每秒。

但是，相對論會告訴你，伽利略變換隻是個近似公式，真正準確的公式是：

v' = (v + u) / (1 + uv/c^2)。

其中c是光速，大約30萬公里每秒，^2表示“平方”。這個公式叫做“洛倫茲變換”，是由荷蘭科學家洛倫茲（1853-1928）發現的（不是愛因斯坦哦，愛因斯坦提出了狹義相對論的理論體系，但洛倫茲變換在此之前就發現了）。它相當於在伽利略變換的基礎上，加了一個1 + uv/c^2的修正因子。

洛倫茲

這個公式會告訴你什麼呢？

當u和v跟光速相比很小時，uv/c^2接近於0，分母1 + uv/c^2接近於1，這時v'基本上就是v + u，你就回到了伽利略變換。

在上面那個u = 15米每秒，v = 5米每秒的例子中，情況就是如此。如果你把精確的式子代進去，會發現對結果的修正只有10的負16次方的量級，也就是說要到小數點後第16位才能顯示出差別，這樣小的效應甚至都超出了儀器的探測能力。

但是，當u或者v跟光速可以相比時，情況就不同了，這時你就要嚴肅對待這個1 + uv/c^2的修正因子了。

例如，u = v = c/2，你相對於汽車和汽車相對於地面都以光速的一半運動，這時會怎麼樣？你的直覺是v' = c，你相對於地面達到了光速。但正確結果是，v' = (1/2 + 1/2) / (1 + 1/4) c = 1 / (5/4) c = (4/5) c。在地面看來，你的速度是光速的80%，仍然低於光速！

再來看，如果u = v = (3/4) c呢？這時你的直覺是v' = (3/2) c，你相對於地面超過光速（這是很多人設想的超過光速的辦法）。但正確結果是，v' = (3/4 + 3/4) / (1 + 9/16) c = (3/2) / (25/16) c = (24/25) c。你離光速更近了，達到了光速的96%，但仍然低於光速！

實際上，用一點初中級別的數學就可以證明，如果u和v都小於c，v'必然也小於c（你不妨來證明看看）。也就是說，希望通過運動疊加的方式達到光速，是不可能的。

最後來看題目中的情況。這時u = c，你的直覺是v' = v + c，但洛倫茲變換的結果是什麼呢？

是v' = (v + c) / (1 + v/c)。這個式子化簡以後是什麼？

就是c啊！

在地面看來，你的速度仍然是光速！

你以為會是光速加上v，但v這部分剛好完全被洛倫茲變換相對於伽利略變換的修正吃掉了，剩下的仍然是光速。

你很容易發現，如果u和v中有一個等於c，那麼v'就等於c。如果u和v都等於c，v'還是等於c。

經常有人問：“如果兩束光相向而行，那麼在一束光看來另一束光的速度是不是2c？”現在你知道了，答案仍然是c。

總之，光速有這麼一種特性，能擊敗一切的通過變換參照系對它進行修正的努力。無論你怎麼換參照系，光速總是那麼多，既不會更高，也不會更低。這正是相對論的基本原理之一，叫做“光速不變性”。所以在《三體》中，用一個無論在什麼距離看起來都同樣高的王子來比喻光速。

最後，有兩點需要提醒一下。

一，這個題目說得有點問題，因為根據相對論，飛船這種“靜質量”不為零的物體是不可能達到光速的，只有光這種“靜質量”為零的物體才會以光速運動。關於這一點，可以參見我的另一個回答“光是如何達到光速的？”（https://www.wukong.com/answer/6448603586589884685/）。所以原題目最好改成“在一個飛行的飛船上有一束光，在地面看來它比光速快嗎”。也就是說，與其問u = c會發生什麼，不如問v = c會發生什麼。不過，這對於本文的內容並沒有影響，因為你可以注意到，在洛倫茲變換中u和v的地位是完全等價的，把兩者換一下得到的是同樣的公式。

二，洛倫茲變換明顯違反日常生活的直覺，但科學界早就承認它是正確的。這不是因為科學家喜歡標新立異，而是因為它符合實驗結果。如果你堅持伽利略變換，就會預測一些錯誤的實驗結果。比如說，通過測量在地球運動的不同方向上光速的區別，就可以確定地球在宇宙中的絕對速度。這個實驗叫做“邁克爾孫-莫雷實驗”。這個實驗真的做了，結果卻是測量不到在地球運動的不同方向上光速有任何區別！現在，你明白洛倫茲變換的威力了吧？

袁嵐峰

如果有人在光速飛船上跑步，那他的速度會超過光速嗎？這是否打破了愛因斯坦所說的光速最快理論？

類似這樣的問題還有很多，人們無非就是想找出超光速的反例，以此來推翻愛因斯坦的相對論。但事與願違，超光速反例都是無法成立的，愛因斯坦的相對論始終有效。對愛因斯坦的理論沒有理解愛因斯坦對於光速的描述。

首先，速度是一種相對的概念。相對於飛船而言，飛船上跑步者的速度肯定不會超光速，而只是跑步的速度。但即便相對於地面而言，跑步者的速度也不會超光速，而是還為光速。那麼，為什麼跑步者的速度不受跑步速度加上光速呢？而是還會等於光速這樣奇怪的結果呢？

事實上，我們在生活中所使用的速度疊加方法只是相對論的近似，在速度遠低於光速的情況下可以使用，但無法在接近光速或者達到光速之時使用。在亞光速和光速的情況下，相對論給出的速度疊加公式如下：

可以看到，上述公式比我們所熟知的公式多出了一個1/(1+uv/c^2)因子。在速度遠低於光速之時，uv/c^2趨向於0，該因子趨向於1，所以速度疊加公式就變成了我們熟悉的形式：w≈u+v。

舉個例子，如果飛船相對於地面的速度為100米/秒，飛船上的人以10米/秒的速度奔跑，那麼，飛船上的人相對於地面的速度為110米/秒。用狹義相對論算出的結果約為109.999999999998776米/秒，這隻比近似值小了0.000000000001224%。即便在精度要求極高的航天領域，也可以忽略如此微小的誤差。

然而，如果涉及到亞光速和光速運動，就只能利用相對論。假設飛船的速度為光速80%（0.8c），飛船上向前發射出速度為光速30%（0.3c）的石頭，那麼，石頭相對於地面的速度不是w=0.8c+0.3c=1.1c>c，而是w=(0.8c+0.3c)/(1+0.8c·0.3c/c^2)≈0.887c

而在光速的情況下，結果更為特別。如果飛船的速度u為光速c，無論跑步者的速度v為多少，那麼，跑步者相對於地面的速度為w=(c+v)/(1+c·v/c^2)=c，也就是說，跑步者的速度還是保持光速（c），而不是超光速（c+v）。

另一方面，對於存在靜質量的物體，例如，宇宙飛船，或者人，都不可能以光速運動。關於這一點，可以從相對論的動能公式中推導出來：

一旦靜質量不為零的物體達到光速，動能就會變得無窮大，這顯然是沒有意義的，因為沒有無窮大的能量。

為了更符合相對論原理，上述例子可以改成如下的形式：飛船以低於光速的速度相對於運動，並且飛船在前進的方向上發出一束光，那麼，這束光相對於地面的速度是多快？

結果跟上面一致，運動飛船發出的光不會以超光速運動，而是還會保持光速，無論飛船達到多快的速度都是如此，這就是當年愛因斯坦推導狹義相對論的立足原理之一：光速不變原理。

光速不變原理並非是愛因斯坦無端臆想出來的，而是有著理論（麥克斯韋電磁場方程組）和實驗（邁克爾遜-莫雷干涉實驗、光行差效應）的有力支持。並且從狹義相對論中推導出的各種結論與實驗結果非常吻合，這足以證明該理論的有效性。

火星一號

如果一個彈簧被壓縮到極限時，那麼你肯定不能再進一步擠壓已獲得更大的勢能，因為被擠壓的物體會在強大的壓強下解體。

物體的運動無法超過光速，也是這個道理。在低速且宏觀範圍的情況下，物體的運動是自由的，不受物理背景的影響。因此，該物體的能量變化主要是其自身的動能增減。

然而，當物體的運動速度接近於光速時，作為物理背景的空間效應就顯現了出來，成為不可忽略的物理因素了。

這就好比我們在公園⛲️散步🚶時，並沒有感覺到空氣的存在。但是，當我們百米衝刺的時候，風的阻力卻是非常大的。

由於自然界是一個有機的系統，所以其本質就是不同層次的物理背景和物理對象的相互聯繫、相互作用和相互轉化。

所謂物理背景就是我們通常所說的物理空間，是由各種不同層次的粒子分別構成的。比如，水分子形成水，是魚🐟的物理背景，氣體分子構成空氣是鳥兒🐦飛翔的載體。

所謂物理對象就是物質，其本質是由運動的粒子形成的封閉體系，形象地說就是空間的聚集體。

比如，原子的體積是由電子的高速運動形成的封閉體系，原子內部的空間是非常空曠的。如果我們把原子放大到地球🌍的尺寸，那麼構成原子的各種基本粒子的體積之和不會超過高爾夫球的大小。

在各種不同層次的空間中，粒子越小的空間越基本，其所影響的範圍就越廣泛。因此，最為本底的空間，就是由不可再分的最小粒子即由普朗克常數h定義的量子所構成的量子空間。

所以，任何物體的運動都會引起空間量子的不對稱碰撞💥，從而引起量子空間的對稱性破缺。於是，物體的運動，會受到量子空間的影響與束縛。

於是，量子空間就好比是一個無形的彈簧，物體的運動會產生兩種不同形式的能量。其一是相對於自身的動能，其二是相對於量子空間的勢能。

低速時，物體的能量變化以動能為主；高速時，其能量的增減則主要是勢能的變化。這就是為什麼高速的物體具有速度不變性的原因，其能量的參變量由速度改為頻率或其倒數弛豫時間。

光子是受到激發的量子，正是由於光子是最小的粒子，所以光子在量子空間受到的束縛最小，需要最高的速度來維持其相對於量子空間的勢能。

反觀宏觀物質，一方面其受到量子空間的影響較大，在其達到光速之前就會產生極大的阻力；另一方面，物質是由量子構成的封閉體系，面對巨大的空間壓強，物質會在其速度達到光速之前就逐層解體，直至還原為光子。這就是為什麼，任何物體都無法達到光速的原因。

綜上所述，作為封閉體系的飛船是無法達到光速的，在飛船上的乘客更是不可能邁開雙腳前進的。因為，即便是乘客在巨大的壓力下還能存活，其雙腳👣也會被量子空間所束縛而動彈不得。

因此，由於物體並非實體，由於量子空間的存在，任何物體包括飛船和乘客，都無法超過光速，會受到量子空間的影響與束縛。這就好比一個人跳水，低速時輕而易舉，高速時則會粉身碎骨。

淡漠乾坤

題主的思維縝密，貌似沒有任何問題。

其實跳進了經典物理的慣性思維中了，這就是伽利略變換思維，而相對論卻是洛倫茲變換思維。

首先狹義相對論的光速極限不是結論，而是前提。

學過大學物理的同學們都知道。狹義相對論有兩個公設

其中一個就是真空中的光速是不變的

有個這個公設，才有狹義相對論。所以一定要把因果關係搞清楚。不是狹義相對論的結果是光速不變，而是狹義相對論成立的前提是光速不變。

為什麼愛因斯坦如此自信將光速不變提升為公設？

因為在愛因斯坦之前，光速不變就有麥克斯韋的電磁理論的預言。還有邁克爾遜莫雷實驗的站臺，以及牛頓力學中以太學說與實驗的各種不符。

所以愛因斯坦才有自信將光速不變提為公設。

光速不變意味著任何有靜止質量的物體不可能達到光速。

如果達到光速，相對論直接失效。那是速度越快，時間越慢的推理不可以建立在已經失效的相對論上了，這是一個悖論。

假命題前置可以推出任意真

因為飛船有靜止質量，所以飛船不可能達到光速。

當時題主可以這樣問：如果飛船達到光速的99.99……%，那我在飛船裡以0.0……1%光速跑步，是不是就超過光速了？從而達到光速的100.0……1%

答案就是：你想多了

首先判斷你的運動狀態需要選取參照系。如果你以飛船為參照物，你自己感覺就是普通在飛船中普通跑步，你不會有任何超光速的感覺。

那麼在地球上的人看，飛船裡的時間變得很慢，包括宇航員一切動作和鐘錶走動。

所以超光速是不可能的，因為你的時間變慢了。速度就是時間和空間的度量。時間的變慢勢必導致你不會超過光速。

科學認識論

愛因斯坦說光速最快，我在一個以光速的飛船上跑步，相對來說你的確比光速快。如果你和另一個人在坐一起，另一個人不動，你向前跑步。不動的那個人顯然是飛船的速度。你向前跑步了，離開了那個人。速度一定不是那個人的速度。是什麼呢？超光速。。。光速不變的本質，是因為光是電磁波，一切波離開波源後就獨立存在，不再受波源加速，波源的運動只能改變形成一個波的時間，就是頻率。波的速度由介質決定。。。在音速飛行的飛機上向前發射聲波，聲波速度不能疊加，沒有超音速。但是向前發射炮彈，速度就可以疊加了，是兩個速度的和。。。為什麼是這樣的呢？因為波是特殊物質，沒有質量的物質，沒有慣性，不受波源運動加速。但是有質量的人，和炮彈就不同了，可以被運動物體加速。。。也就理解了，如果在光速飛船上發射光，不能超光速。反而人向前跑步可以超光速的道理。同樣音速飛機，音源發聲不能超音速，但人向前跑一步就可超音速，發射炮彈也可超音速，太奇怪了吧！

cx1944

遇事不決，量子力學，量子菌來回答這個問題。

錯誤的假設

頭條上想要推翻愛因斯坦相對論的人層出不窮，提出很多貌似合理的問題，自我感覺能秒殺愛因斯坦。但這些問題往往都是建立在一個不可能的假設基礎上，然後推出什麼超越光速的結論，那還不如直接假設愛因斯坦是個騙子，理論都是瞎扯。

例如這個問題中，題主假設他能在一個光速飛行的飛船跑步，貌似飛船的速度加上他的跑動速度，肯定超過光速了。但事實上，這個假設本身就不成立。

光速不變原理

首先，愛因斯坦在狹義相對論中的基本原理就是光速不變，光子的靜止質量為零，它在真空中才能以光速c運動。而對於其他具有質量的物體來說，按相對論來講，其運行中的質量是隨著速度而發生變化的。當物體的運動接近光速時，它的質量也趨於無窮大，所以光子可以光速運動，其他有質量的物體無法光速運行，即使耗盡宇宙的能量，也無法使飛船達到光速。

其次，即使題主是個大神，什麼假設都有效，能讓飛船以光速運行，他也可以在上面跑步，還是不能超越光速。因為，在相對論中，不管參考系處於什麼樣的運動狀態，測的速度還是限制為光速。

假設人在飛船上跑步，還不如假設你在光速飛船上打開手電筒，是不是以為手電筒發出的光，在地球人看來成2c了？但事實上，無論怎麼折騰，最高速度還是c。

這聽起來很荒謬，和經典物理格格不入，但這就是相對論的基本原理。愛因斯坦在中學時就在不斷思考類似的問題，他的結論就是時空有相對性，但光速具有絕對性。這樣相對於宇宙的浩渺，光速確限制了物體運動的速度，星際航行也只能打打蟲洞這樣抄近路的主意。

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量子實驗室

首先恭喜你，你成功地推翻了相對論，成功把愛因斯坦踩在腳下，可以去申請諾貝爾獎了！

但我知道你不會去申請諾貝爾獎的，因為你知道無論如何你不會超過光速，如果真的如此簡單地就超光速了，也輪不到你去申請諾貝爾獎，愛因斯坦也不會如此偉大！

但你就是不明白以問題中的方式為什麼就不能超越光速呢？

簡單說，類似問題中這種超越光速的方法只是因為還在用牛頓的絕對時空觀思考問題，在絕對時空觀中深深不能自拔。

在小學我們都知道了相對速度的概念，我以8米每秒速度奔跑，你以同樣的速度反向奔跑，我們的相對速度是多少？

我們都知道是16米/秒，這就是絕對時空觀下得出的結果。但如果我說並不是16米/秒呢？你是不是認為我瘋了？

嚴格來講還真不是！只是結果非常非常接近16米/秒，以至於我們完全沒有必要計較那一點點誤差，如果非要計較反而會更麻煩！

不過當速度達到亞光速時，速度對於時空的影響就比較明顯了，我們就不能用伽利略變換：v' = v + u（基於絕對時空觀的相對速度計算）了，而必須用到洛倫茲變換：v' = (v + u) / (1 + uv/c^2)

說白了，伽利略變化就是洛倫茲變換在低速世界的近似值！而洛倫茲變換也是愛因斯坦相對論公式中的重要基礎公式之一，愛因斯坦相對論的核心思想就是光速不變，在任何參照系下，任何運動形式下，光速都不會改變！

宇宙探索

愛因斯坦在瞭解到“邁克爾遜-莫雷實驗”的研究成果之後便在狹義相對論中大膽摒棄了“以太”，取而代之的是光速在任何條件下都不變的“光速不變原理”，並且狹義相對論指出在計算近光速時的相對速度時要使用洛倫茲變換而不是伽利略變換。

在以往的牛頓物理學中，我們計算物體間的相對速度就是簡單的將兩個速度疊加起來，但上個世紀初物理學家們已經知道了牛頓的理論在近光速下是沒有效果的，因此在計算兩束光的相對速度以及其他帶有光速的問題時，簡單的將兩個速度疊加是錯誤的做法。

如果真的有人在無限接近光速的飛船內的話，飛船內部其實還是正常光速的，也就是說飛船內部的人依舊可以自由行走，他的速度也並沒有超過光速。

光速飛船內的人其實就像高鐵內的人一樣，雖然高鐵本身正在飛速前進，但高鐵內的人只是被動獲得了高鐵的速度，並不是說在高鐵裡面跑步的速度超過了高鐵的速度。

宇宙探索未解之迷

前提條件存在的問題

首先你永遠不可能在真正光速的飛船上跑步，因為第一，有靜質量的物體是達不到光速的，想達到光速必須具有無限大的能量，因而光速飛船是不存在的。第二，如達到光速，飛船和人就不存在了，不以時空的方式存在了，它們都成為光了。

假定的理想狀態，即相對論在極限特例條件下的答案

其次，即使上述問題解決了（實際上解決不了），或者說不考慮這些問題，假定人和飛船還存在（實際上很可能不存在了）。即你真在光速飛船上跑步，那在相對靜止的地面觀察者看來，你並沒有比光速快，還是光速，當然飛船也是光速。那在光速飛船上看，光仍然能照亮飛船內部，也就是說光對於你來說仍然是光速，你仍然沒有超光速。不過你確實比飛船快。上述結論純是為了滿足人的好奇心而又假定相對論仍然適用光速或超光速的情況而作的回答。這裡用到了狹義相對論的光速不變原理和洛倫茲變換下的速度合成法則。所謂光速不變原理就是光在真空中的傳播速度相對於任何參考系是不變的，其大小為299792458米/秒。與觀察者和光源的運動狀態無關，也就是說不存在任何優越的參考系。光即使對於光速飛船這樣的參考系也仍然是光速，對於在光速飛船上跑步的你也是光速。在地面觀察者看來光還是最快的，也是不變的。而光速飛船和飛船上跑步的你與飛船上的光一起成為了幾束光。

實際上最有可能最合理的情景是：

飛船無限接近光速，達到了光速的99.999999……%，但無論如何也追不上光，


光對於這個飛船還是不變的光速，對於飛船裡跑步的你也是如此，雖然你認為離光速只有一步之遙。而在地面的觀察者看來，儘管飛船接近光速，但這個飛船和飛船上的人的時間幾乎靜止了，飛船裡的動作畫面被定格。相對於地面，如果飛船以99.9%光速飛行，那飛船上跑步的人就以99.99%光速飛行。如果飛船以99.999999%光速飛行，那人就以99.9999999%光速飛行，如此而已。當然飛船發出的光仍然是光速。飛船上的你永遠不會比光快，也永遠不會追上光，因而不會發生什麼。

最後，如果你不知用什麼方法動用了無限的能量達到光速了，你就變成光了，這種情況下，你也不能比光速快。

關鍵字: 光速 愛因斯坦 否定