两束方向相反的光,对其中一束光而言,另一束光的速度是二倍光速吗?若不是,为什么?

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还是一倍光速,因为光线不能作为参考系,光相对于任何参考系都是光速,一束光相对于另一束光还是光速。

你可以这样认为,由于另外一束光达到了光速,它的时空静止了,它是静止的。


天启象棋


有一件事情是人尽皆知的:两辆时速50公里的汽车相向而行,它们相对于对方的时速就是100公里,这一点毫无疑问。

然而两束相对而行的光,相对于对方仍然是光速,而不是两倍光速。

实际上,即便两束同向而行的光线,相对于对方也仍然是光速,而不是静止的,这就是所谓的光速恒定原理,它的确是一个颠覆我们固有认知的事情。

最先思考和解决这个问题的人是爱因斯坦,在他之前,物理学家已经根据麦克斯韦方程组得出了光速恒定原理;与此同时,物理界却又存在着相对运动原理。

这两条相互矛盾的理论引起了爱因斯坦的疑惑,要么其中一个理论是错误的,要么就是某种未知因素导致了这种“矛盾”。

正是由于弄明白了这个问题,狭义相对论得以问世了,爱因斯坦利用时空膨胀的理论完美的解决了这个矛盾。

在狭义相对论中,爱因斯坦是利用火车上的人扔石头来表述时空膨胀的问题的。

他说,假如一个人在一辆高速运动的火车上松开手扔下一块石头,而非用力抛出去,那么在这个人的眼里,石头将垂直落到地板上,它的运动距离就是手掌到车厢间的垂线距离。

可是,在火车下面的人看来,石头并不是垂直落下的,而是沿着一条很长的斜线落下的,在这种情况下,它所运动的距离自然也就更长。

同一块自由落体的石头,怎么可能在同一时间下即走了更短的路径,又走了更长的路径呢?

爱因斯坦的解释是:因为火车上的时空膨胀了,也就是火车上的时间流速变慢了。这就是说,速度会导致时间流速变慢。

关于速度致使时间变慢这一点,尽管在当时仅仅只存在于理论,但是今天早已被现实实验以及卫星的时间流速证实了。因此,速度和时间流速之间的关系已经是板上钉钉的事情了。

<strong>那么,这件事跟光速恒定有什么关系呢?

因为当速度趋近于光速时,时间流速的差异将变得极其明显;当速度完全达到光速时,时间就彻底静止了;当速度超过光速时,时间就倒退了。

这也就表示光线在空间中运动是完全不消耗时间的,如果换一个角度来理解,可以想象为光线在时间的维度中是静止不动的。

两条时间静止的光线,无论相向而行还是同向而行,它们的时间始终是静止的,因此光速永远恒定。


科学矩阵


不是二倍光速,我上大学的时候大学课本里面有,但是仔细看的人不太多,当时举的例子是在在运动的火车上测量光速。我长话短说,就是无论是人相对光源动还是不动,用设备测量的光速都是一样的30万公里每秒。我想强调第一点就是你首先得承认这是一个事实,虽然他用经典时空体系很难解释,我们平时接触的都是远低于光速的物体,那时候我们算这类问题很简单简单的加减法就行了,但现在我们却无法再用这个方法解释了;第二有人把这事给解释了,他就是爱因斯坦,他用的方法是假设每一个运动的物体都有自己的时间,在这个时间体系里每个物体自己的时间快慢都没有任何问题,但是看别人的时间都不标准,有具体公式,简单说就是动钟变慢效应。你可以这样来理解这一效应,就是你自己觉得自己对别人不对,但别人也觉得自己对别人不对,但实际上你俩都对,只不过立场不一样,我乱举的例子,但是好用的,哈哈。再来个严谨的说明,俩个相对运动的人,你觉得自己的时间快慢正常,别人也觉得自己的时间快慢正常,但是你俩看对方的时间都不正常。再补充一个还有动尺变短效应,有愿意琢磨的,可以想想时间和长度如果都变了,它们相除得到的速度也就是光速不变就很好解释了。好了,只能解释到这程度了,物理还是需要自己慢慢学习与体会的。


大型撸射航空公舰


当年爱因斯坦的相对论一出,有记者曾经采访天文学家爱丁顿博士,问他是不是当时世界上仅有的三个能理解相对论的人之一,爱丁顿认真的思考后回答“我正在想谁是第三个人呢。”所以,题主在一百年后,仍旧对相对论感到迷惑,其实也是可以原谅和理解的。

诡异相对论

相对论的概念,从它诞生开始就一直透着诡异的味道,那是因为我们在正常的生活中,根本没有机会直接应用和感受到。我相信大部分同学,终其一生,都不可能获得接近光速飞行的机会,可以直观去感受一把,所以一直以低速宇宙的牛顿力学,来硬套相对论。我再强调一次,在接近光速的运动,以及光速运动的时候,同学们一定要把牛顿力学的固有认知扔掉!这时候,适用钟慢尺缩原理,空间、时间都会改变,唯有光速不变!所以,不存在光速叠加,也没有光速对减。光速不变。

相对论的推导

很多同学都把E=mc2,等同于相对论本身。觉得你一直强调相对论怎么复杂怎么难以理解,这不是一个小小等式就看完了吗?说不定,我们哪天脑子一抽,就也发明了第二次相对论也未必哦。

那我也不做多余的解释,我给一个相对论求解的表达式,大家试试也来灵光一闪,看看有什么新的推论?

好了,这个我不展开,如果仍旧有自信的同学,在回复中我们再自行深入探讨一下灵光一闪的问题。

相对论的实证

牛顿的理论,到今天,我们仍旧在大量的应用,测出地球的三围、预测行星的轨道,简直无所不能,为什么呢?因为人类仍旧大部分时间在处理低速宇宙的问题,并且计算简单啊——虽然用相对论一样可以得出相同的解。

爱因斯坦呢?在高端的宇宙探索中,不断的证实着牛顿宇宙无法到达的边界,爱伊斯坦到达了。

最著名的就是“赫尔斯-泰勒”根据相对论推测的脉冲星系统,观测到引力波存在证明,使广义相对论精确度和实验结果吻合到10的负十四次方——堪称物理历史上最精确的理论没有之一!

结语

很多同学问,那么相对论的直接应用呢?正如麦克斯韦当年回答电有什么用?——“你问一个刚出生的婴儿,他现在有什么用”?


猫先生内涵科普


两束光相背而行,相对于其中的一束光,另外一束光的速度仍然为光速,而不是二倍光速。 这个结论跟我们根深蒂固的思想相违背,为什么不是二倍光速哪?


按照牛顿的经典物理学概念,二倍光速并没有错。但是自爱因斯坦提出相对论后,几乎所有的经典物理学的公式都被修正了。这意味着,在高速世界中我们以前掌握的理论不是很精确了。 我们印象中的速度合成公式是这样的:w=u+v ,在小学、初中、高中甚至于日常生活中都是这样过来的。

但是自爱因斯坦提出狭义相对论后速度合成公式变了,如下的形式:

当u和v速度非常小,远小于光速的时候上边图片中的公式,就变成了w=u+v。但是当它们的速度接近于光速的时候,公式就不可以化繁为简了,因为误差会变大。当两束光相向而行,即:u=v=c,最终得到合成后的w=c。

实际上这个速度合成公式,本质上是在光速不变的基础上推导而出,最后再用公式反过来证明光速不变,看起来就像文字游戏一样。当然了这也是物理公式的“自洽性”。


科学黑洞



这个回答纪念爱因斯坦狭义相对论114周年

首先,答案肯定不是;其次,这是一个好问题,能揭示一个物理学上最重要的东西:概念定位与物理过程。

很多人下意识都会以狭义相对论来解答这个问题,思路其实没错,但问题是忽视了狭义相对论运用的前提。

运用任何理论前,先了解下其适用范围。

狭义相对论有两个基本原理:第一、光速不变原理。这个大家都知道,于是有人基于此,就给出了最终答案:30万公里/秒,光速不变嘛。

但狭义相对论还有一个原理,是大多数人常常忽视的,就是第二原理:狭义相对性原理。

什么意思?

意思就是狭义相对论只适用于惯性参照系。什么叫惯性系参照系?

在初中物理中,把“惯性系”定义为受力平衡的参照系,是基于牛顿运动定律的有效参照系,又叫惯性坐标系。即满足惯性定律,作匀速直线运动或静止的参照系叫做惯性参照系。

以牛顿的角度简单来说,在地球上,地面就是“惯性参照系”;跳出地球,就需要考虑地球自转的离心力,所以在太阳系中,太阳接替地球成为“惯性参照系”;跳出太阳系,银河系中心就成为了“惯性参照系”。

判定“惯性参照系”是运用牛顿运动定律与狭义相对论的一个重要前提。

而题主的问题在一个“惯性参照系”中吗?

光不能作为“惯性参照系”。

牛顿的惯性定律只适用于宏观物体运动,所以作为波粒二象性的光,没有惯性可言,更不能作为惯性参照系。讨论光有无惯性和把光做参照系是没有意义的。

题主的问题把光当成宏观物质在说了,具有误导性。还有既然光对于任何物体都保持一样的速度,光的运动方式本身就不是经典物理学能解释的,更无法用经典物理学理论来说两个光之间的相对速度。

如果非要看成宏观物体的相对运动,套公式进行计算,请看下面。

洛伦兹相对速度公式:

△V=|V1-V2|/(1-V1·V2/C^2)

V1=C

V2=-C

最后得出△V=C,就是大多数人认为的光速不变,还是30公里/秒的运算支撑结果。

但是这里只有数学运算结果,而物理与数学的最大不同就是,物理必须要对过程负责。所有的物理方程必要具有物理意义,要有清晰的物理概念及前提,否则这样的公式运算是不成立的。

上图:科里奥利力(Coriolis effect)的简图,同一种运动,不同参照系的表现方式。

狭义相对论,如何定义“惯性系”?

细心的朋友会发现,上面说的“惯性系”其实都是以牛顿的角度来定义的。这就有个最核心的问题,牛顿定律是建立在绝对时间和绝对空间的基础之上的,而相对论打破了这一基础,时空是可以扭曲可变的。

那为什么牛顿定义的“惯性系”还能适用于爱因斯坦的狭义相对论?

  • 一种解释认为:

1905年,爱因斯坦在他的论文中提出,所有的惯性参考系都是等价的,也就是说,一切物理定律在惯性参考系中都同样适用,具有相同的形式。

爱因斯坦其实只给出了一个哲学性的概念解释,或者说直接甩锅给了死去的牛顿。

他告诉大家,你们去套用牛顿的“惯性系”就行了,但他却革了牛顿定律的命,没有了绝对空间和绝对时间,牛顿的那些定律如何推导出来。(这里并不是说牛顿错了,牛顿定律是相对论低速情况下的近似解,近似但毕竟不是,就像相对论也并非完美。)

这样,关于“惯性系”的定义就成了一个逻辑上的循环证明。也就是说,爱因斯坦并没有给“惯性系”一个基于相对论的科学定义,但却让大家都认可了他的思想逻辑,这就是爱神的高明之处。

至少到目前为止,对于宏观世界,相对论都解读得很好,所以也没多少人去纠结这个问题了,但相对论绝对不是终极理论。

我敬佩爱因斯坦,不是因为他提出什么令人震惊的理论,而是因为他是一个站在思想巅峰的大神,这些理论只是证明了这点而已。

哈哈,这个逻辑成立吗?

  • 另一种解释认为:

爱因斯塔的解释是一种“同时性定义”,什么意思?

因为绝对时间和绝对空间没有了,不是就没有绝对意义了吗,那就全部改成相对意义吧。世界上没有绝对意义,都是相对意义,所以牛顿定律在相对意义下都是成立的,只要是成立的,其中的“惯性系”定义我们大家就都可以用。

这里就是最烧脑的地方了,理解了没?

但为什么一种相对意义下得出的定律,在不同种相对意义下,一样同时可用?这一点其实并没说透。

而解读这里的关键,是否就是量子力学与相对论结合所缺失的一环?因为这能通过量子纠缠特性来解释。

量子纠缠是指两个相互纠缠的量子离得再远,它两之间的感应是同时瞬达的,虽然它们不能传递信息,但是否可以传递物理定义,如果可行,不同的相对意义下才能共用一套物理定义。(可能表述不是太合理,大概这个意思)

总结:物理问题,物理过程大于最后结果

为什么说相对论难以理解?虽然公式大家都知道,但研究物理问题并不是套公式就行的。

相对论难就难在如何定义,在相对变化的过程中找到一个立足点,再去分析思考。一千个哈姆雷特有一千个立足点,但只有一个是正确的。

还有对相对论概念的解读,一些科普文的不靠谱也是造成很多人不相信相对论的原因所在。

比如“尺缩效应”解决的是测量问题,而不是大多科普文说的“视觉效果”(这也是为什么叫“尺缩”而不是“物缩”),因为并不一定看物体变扁了,角度不一样,还可以看起来比测得的长。

当然为了让大多数人看懂,高深的概念偷换成简单的概念,有时似乎也在所难免。

(自知认知有限,见识浅薄,却妄议爱神相对论,如有其它见解,还请指正!)


想法捕手


简单回答,因为光不能作为参照系,如果作为参照系,狭义相对论中的两天原理就不能成立。当然用世界线的概念解释得更清楚,不会比较烧脑麻烦,有兴趣的朋友可以了解下!

如果你非得要选光作为参照系,也不是不可以,只要记住一点:光速不变原理,一切都迎刃而解,而不是自己给自己挖坑,让自己陷入到牛顿的经典力学和绝对时空观中不能自拔!在任何参照系下光的速度都是光速,很简单,不要想那么复杂!

同时,也有公式课题计算,那就是洛伦兹变换。而通常我们用到的速度相加或相减的方法是伽利略变换,它只是洛伦兹变换的特例,在低速状态下的近似值而已!

就好比问题中的疑问,假设光可以作为参照系,也没问题,但计算相对速度时已经不能用简单的速度相加就可以了,不是c+c=2c这么简单,这是伽利略变换,只是低速状态下才适用,亚光速时必须用洛伦兹变换:



可以用上面的公式计算下,最终的速度w仍旧是光速,而不是两倍光速!

就像你那些手电筒以5米每秒的速度奔跑,静止的我看手电筒的光仍旧是光速,而不是光速+5米每秒,道理是一样的!

最后说一点,莫用牛顿的绝对时空观去思考光速问题!光速不变意味着时间和空间的变化,时间空间都变了,当然牛顿的绝对时空观就不适用了!


宇宙探索


在我的理解里,时间就是运动的一种附属性质,是人们用来描述运动与空间关系的一种定义,我们先想象一下一个物体时间停止,也就是这个物体所有的基本粒子停止震荡运动和衰减,之间相对位置完全固定下来,不与外界产生任何能量交换,温度也达到绝对零度,这时,可以认为这个物体死了,时间也停止了。然而现实里,所有的物体之间都会发生能量交换,引力影响,所以没有什么物体能独立与整个宇宙,它的时间也就没法独立出去,时间就变成了宇宙所有物质共同运动产生的性质,爱因斯坦相对论里的时间也经不是传统意义上的时间,它只是描述相对运动物体相互观察得出的运动变化,注意是观察得出的,不是绝对时间,举个例子,中子星脉冲周期是固定的,我们假设它每个周期是1秒,如果此时一个以接近光速的飞船远离它飞行,在飞船上的人会观察到中子星脉冲周期变成了10秒,得出结论,时间变慢了,然而在上帝视角来看,中子星脉冲周期依然是1秒,而飞船上的人时间也没有变快变慢,唯一的变化,是当一个物体以接近光速运动时,却以光去观测其他物体会产生巨大的误差,就像我们用声音去观察接近音速的飞机,你听见飞机还在这一头,睁开眼,发现飞机实际上已在另一头了,靠听觉判断的飞机位置实际上是过去飞机的位置,那么你怎么靠听力来得出飞机实际位置呢?这时你会根据音速和飞机高度飞机速度,用一个公式加以修正得出飞机实际位置。所以用光速去测定接近光速的运动必然会产生巨大误差,而爱因斯坦相对论就是用来修复这个误差的。

回到问题本身,假设两架飞船以光速c相反方向运动,在上帝视角来看,它们每秒相互远离的确就是2c,但站在飞船上的人彼此观察,得出的结论是双方以1倍光速在相互远离,因为它们彼此观察到的都是对方过去的信息,他们由此得出结论时间变慢了……

综上所述,由于宇宙所有物质都会发生相互运动相互影响,是能有一个上帝视角的绝对时间流逝来描述运动变化的,而相对论中的时间变化,实际上是用来修正用光来观测高速运动物体的测量差,量子纠缠是超光速的,无论相隔多少光年都能瞬时感应,那么,当我们能使用量子纠缠作为通信工具时,在飞船上的两方可以实时通信,并不会发现对方的时间变慢或者变快了……


tigerwings


在人类社会中,大致有三种不同类型的人际关系。

其一是在现实的生活中,一个人的行为会受到其周围人群的影响与约束,具体表现为其行为必须符合当时的社会道德与法律;

其二是旁观者的观察,观察者可以同时调研不同阶层的人是如何生活的,这些不同群体的人并不会因为有人观察而相互影响;

其三是某一层次的人观察另一群体的生活,其会因为阶层的隔阂而无法看清全貌,甚至会因为偏见而不能客观地认识自己所看到的人与事。

在自然界也是如此,也存在着影响物体运动的物理背景。比如,水会影响鱼🐟的游动、空气对鸟🐦的飞行也会产生较大的阻力。

而最为本底的物理背景,是由不可再分的最小粒子,即是由普朗克常数h定量的量子,所构成的量子空间。

在我们的宇宙中,任何物体的运动都难逃量子空间的影响与束缚,表现为受到空间量子的不对称碰撞💥。

因此,类似人类社会的三种人际关系,对物体运动速度的影响也有相应的三种不同性质的关系。

其一是物体的运动会受到量子空间的影响,速度越大,空间量子的不对称碰撞也会越多。于是,其在达到光速之前,就会因量子空间的挤压而解体。所以,任何物体的运动速度都无法达到光速。

其二是旁观者对不同物体运动的观测。由于两个不同物体的运动是彼此无关的,它们只是各自受到量子空间的影响。所以,两者的相对速度可以超过光速,但至多不会超过两倍的光速;

其三就是题主问到的,运动的一方观察另一方的运动。由于受到量子空间传播速度的限制🚫,当两者的速度超过光速时,就脱离了彼此的视野,看不见对方了。

总之,由于存在着物理背景,存在着由最小粒子构成的量子空间,物体的运动会受到限制。而且,只有相对于物理背景的运动才具有实际的物理意义。

因此,对于两束反向发射的光,在旁观者看来它们的相对速度是二倍光速;而对于其中的某一束光来说,根本就不存在另一束光;然而,作为物理背景的量子空间,则只会分别限制不同的光子运动。


淡漠乾坤


试想一下,如果两束光沿着相反的方向发射出去,它们背向而驰,那么,一束光相对于另一束光的速度会是多少?会是两倍光速吗?这样岂不是打破相对论了吗?

当我们在谈论速度时,需要选择一个静止参照系,参照系选择不同,相对速度也会不同。举个例子,一列火车以速度v相对于地面运动,那么,坐在火车上的观测者甲会认为火车相对于他的速度为0,地面上的观测者乙会认为火车相对于他的速度为v。如果火车上还有一个观测者丙以速度u朝着火车行驶方向前进,地面上的乙会认为丙相对于他的速度为v+u。

然而,对于光速c而言,就完全不是这样了。其他速度需要选择好静止参照系才能得到相对速度,但真空光速却直接有一个计算公式:

在这个由麦克斯韦推导出的光速计算公式中,两个参数都是常数,这意味着光速不会随着静止参照系的改变而发生变化,或者说光速相对于任何静止参照系都是相同的光速。爱因斯坦正是基于光速不变原理,提出了狭义相对论。光速成了绝对不变,而时间和空间变得相对,与参照系选择有关。

另外,由此还可以得到一个推论,那就是不存在光速参照系。因为一旦有光速参照系,光速就会变为零,与上述公式相违背。

在上述例子中,如果这列火车向前发出一束光,那么,甲、乙和丙所测出的光速都是一样的,都为光速c,而不是c-v、c+v、c-v-u。

事实上,我们平时所用的速度叠加原理是基于伽利略变换,这其实是一种近似计算结果,真正的速度叠加原理需要基于洛伦兹变换:

由于光速非常快,我们平时所接触到的速度都是远低于光速,所以上述的速度叠加公式可以近似转化为伽利略变换形式。但在接近光速或者光速的情况下,只能使用洛伦兹变换。

如果光子能被视作静止参照系,把上述公式中的u也取为c,叠加后的速度不是2c,依然还是光速c。因此,两束朝着相反方向运动的光,它们之间的相对速度还是光速c。

当然,对于我们而言,两束光的相对速度是两倍光速,但这个速度与上述相对于参照系的速度是两种概念。同样地,空间结构在超光速膨胀,导致遥远的星系正以超光速在退行,或者说我们相对于遥远星系在超光速退行。


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