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?

异名磁极吸引你


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?

能找到的所有物理课本上,光速是一个常数,它不随光源速度的改变而改变,无论怎样改变光源的运动速度,即使两速相对的光相向而行,它们之间的速度依然还是光速,是不是有些懵逼?无论如何,谁看到这样的结果都是震惊的,下文我们不讨论晦涩难懂的理论,先来举两个案例,来证明下光速到底会不会随光源速度变化的!

第一个案例:思想实验的因果律表示光速不变

这个案例来自于某篇科普音频,种花家觉得很有道理,在这里介绍给各位,假设的条件是这样的:

假设一个人对着另一个人开枪,那么被枪击者会看到这样一个过程,被害人会看到凶手扣动扳机,然后击锤重重的敲击在子弹的底火上,最后看到子弹从枪口狂奔而来,击中被害人,这就是光速不变条件下的过程!那么假如光速会随着光源速度变化时又会是个怎么样的过程呢?

被害人可能会先看到子弹朝这他飞过来,因为光速随光源变化嘛,子弹速度很快,因此子弹上的光会先到达被害人眼睛里,然后再看到扣动扳机,因为扣动扳机的光比较慢,光源基本静止的,最后则看到则是击锤的动作!

各位有没有发现,因果律变了,子弹先到,后扣动扳机,再是击锤的动作!所以第一个案例告诉我们,光速不变维护了因果律!

第二个案例:双星观测证明光速不变

在夜空中有很多这样的天体,就是两颗恒星互相环绕公转,在我们地球上观测看来,除非是公转平面垂直地球方向,否则我们必定会看到一颗恒星靠近地球时,另一颗恒星必定是远离地球的!当前光速不变的条件下,我们看到的双星都是清晰可辨的!那么假如光速会随着光源变化呢?

如果光速会随光源变化,那么双星看起来就是一团朦朦胧胧的光,因为同一颗恒星在于地球速度相对速度不同同情况下发出的光会先后到达,所以两颗恒星的光可能混在一起,让我们看起来分不清到底是哪颗恒星发出的光,而直接表现就是一团朦胧!

幸亏我们这个宇宙的光速遵守光速不变理论,要不然有太多的天体会因为光速随光源变化而看不清!那样的话,很多秘密就会被宇宙吞没了

光速不变的发现历史

我们先给出了结果,然后再来追溯下历史。经典力学中的速度叠加公式叫做伽利略变换,原理很简单,比如你在一列时速300千米的高铁上以10千米时速步行,那么你相对于地面的速度就是310千米/小时,这是我们中学就学到过的硬道理!这个变换是建立在牛顿绝对时空观的基础上,但爱因斯坦的广义相对论告诉我们,时空并不是铁板一块,而是会受到引力影响,因此经典力学在19世纪受到了各种挑战。

首先发难的就是水星进动问题,勒维耶用150年的水星观测记录和计算值相比,结果发现了观测与计算的差异,尽管是一个极小的数字,但勒维耶并没有忽略,纠着这一点点“误差”不放,结果就是差点把牛顿从神坛上顶下来的著名水星进动问题!

第二个则是麦克斯韦在十九世纪六十年代发布的一组四个方程组,其中最后一个描述的是变化的磁场产生电场,而麦克斯韦的发现就是变化的电场也能产生磁场,这产生的会是一个无限循环的电磁波,不过我们今天说的倒不是这电磁波,而是从个公式能推导出电磁波的速度就是一个常数!当然那会对电磁波是不是光还有点糊涂,但麦克斯韦认为电磁波就是光。

第三个则是1887年的迈克尔逊-莫雷的以太漂移实验零结果,尽管洛仑兹给出了洛仑兹变换来解释为什么会零结果,但洛仑兹却没有抛弃以太这个概念,使得他与狭义相对论失之交臂!

因为爱因斯坦的光速不变抛弃了以太这个概念,另一个同时性的相对性则来自于庞加莱的本地时以光速同步,另外狭义相对论效应的长度变换就是洛仑兹变换,因此爱因斯坦曾经说过,如果他不推出狭义相对论,那么最晚5年内也会有人推出来,这个人有可能是洛仑兹,也有可能和庞加莱一起!

上图为洛仑兹公式的变换,有兴趣的朋友可以去了解下其推导过程,如果没兴趣那么就相信数代科学家心血得来的光速不变理论即可。

当然上文中的水星进动是下一相对论解决不了的,必须要用到广相的时空观,只有广相才能解决水星进动的问题,但这不是光速不变的范围,本文就不展开了。


星辰大海路上的种花家


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。

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


我看了很多回答都是为了跪舔西方国家不敢面对现实的谬论:

1.他们所举的例子都是非常短暂的光速运行,说什么枪子弹打出来对方看什么总之都是在零点零零零几秒发生的事,这么短时间发生的事速度完全可以胡搅蛮缠。

2.我来举一个长时间的光速例子:

①比如太阳光到地球大概需要八分钟,假如在地球旁边也有一个太阳A,在两个太阳中间位置也有一个地球B,这个地球B与两个太阳的距离是相等的,而且两个太阳和这个地球B三点一线,那么这时候两个太阳发的光到中间那个地球B需要的时间还会是八分钟吗?答案肯定是四分钟。

②既然是四分钟那么两个太阳发出的光的相对速度必然是两倍光速。

③有人可能为了跪舔西方会说两个太阳的光到中间地球需要的时间依然是八分钟,那么假如此时我把中间的地球向其中的一个太阳偏移一点点,是不是还是八分钟。

④那好假如我继续偏移到和其中的一个太阳距离为一百米的位置,这时候你总不至于说还是需要八分钟吧。

⑤当然你还可以胡搅蛮缠说地球离太阳那么近早就融化变成气体了所以不存在这样的假设,你要是这样说那我承认我说不过你。


明宇智远


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


不是。因为不存2c速度,至少我们的宇宙中没有。你所学到的v=v1+v2是无限近似值,是一个繁杂的计算过程的简化版。这个简化的公式在生活中应用完全没有问题,也无法觉察到误差。宏观天体物理已经微观粒子世界会有较大误差,量子领域不适用。记住,我们世界最大速度被严格限制在了c。即使在0.5c的宇宙飞船上向前发射光速,那个光子速度不管以飞船做参照还是以地球做参照,都是c。这是人类突破不了的限制之一,像一堵墙死死的禁锢人类。


涛哥骑摩托


0、光在真空中的速度,C恒常不变。

1、有两束光,相背向射出,也就是:呈180度平角,两条射线,“合并”成直线。——这是一个“理想实验”。

2、在L射线上,测量R射线的“光速”;或者在R射线上测量L射线的光速,是等效的。也就是说,无论在什么样的“惯性系”或者“引力系”,光速C恒常不变—— 沿着测地线的传播速率。

3、光的本质是:激发态光量子——简称:光量子;

光的传播介质,或者说“光的传播子”是——基态光量子——形象的称之为:暗黑子。夜间的星星以外的深空。

真空不空。要么是“激发态量子”,要么是“基态量子”。本质上,都是:类光量子的“集合”。

4、光的传播机制:

激发态量子——光子,转换成为“基态量子”;转换“距离”——近乎为“0”,不是“0”,是无穷小的“光—暗”长度;

基态量子—— 暗黑子,转换成为“激发态量子”——光子,转换“空间距离”——近乎为“0”不是“0”,是无穷小的“暗—光”长度;

相互转换的“时间长度”,近乎于“0”而不是“0”,是无穷小的一个“光—暗—光”转换时间的1/2;光速恒常不变,传播速度C,在真空中。

5、有没有比光速更快的“超光速”,我们相信有、一定有。只是目前尚未发现!


中和永道


其实,相对论最迷惑人的地方就是光速的性质~~在普通人眼里,人们最清楚的速度就是像伽利略桌面运动实验演示的小球那样,距离/时间等于速度(s/t=v),确切地说这是物质运动的速度计算方法,就是说这是实物运动的速度v的表达式,这个速度是相对于惯性参照系的速度,它遵循速度的相对性原理,速度也自然是相对速度。

然而光速却不是我们通常所认识的速度概念,它与桌面小球的速度是两回事:它应当是属于“波速”的概念,波速与物质运动速度存在本质区别。

顾名思义“波速”不是物质的运动速度,而是物质能量波的传递速度。波速的特点在于它决定于介质的属性~~在不同的介质里,同一个波会拥有不同的速度,这个我们可以从机械波的传递规律中总结出来。

然而光,大量证据指明它应当是波,是波即为能量波,也就是说是非物质的运动,自然我们就不能用经典理论计算速度的方法来计算它,因为它是不遵循惯性参照系的相对性原理的,它的速度与光源的速度也未必有关。我们得承认相对论提出光速与发光物体的速度无关这应当是对的,因为光速跟发光物体速度实质是不同的,所以它们不具有叠加性。但是它把光速与物质运动速度混为一谈并且由此推导出其他结论却是错误的。

因此,相对论错就错在它不能分辨两种速度的本质区别,最终导致了理论的全面错误。这样的错误就如同一个小学生作业那样:已知2+3=5,那么 2个人+3只羊=?

对于正常的答案,恐怕人们很难给出!不是因为人们不懂数字加法,而是人们都知道这两个不是同一个类别,所以不能混合运算,如果非要生搬硬套,那势必得出错误的结果!

可是在爱因斯坦不知情的情况下,这个数学天才却在相对论中范了这样的错误,这也可以说是科学探索领域的一个有趣的笑话。但是我们没必要也不能去责怪这一切,因为在科学探索的道路上可能人们都是在盲人摸象,谁也看不见大象的全部,如果谁能取得一定的突破那便是大家的福分,因为人们又可以向前迈一步了!只要是在未知领域踊跃探索的人,都是值得尊敬的,特别是那些把核心问题摆在大家眼前的人,他们更是人类文明的里程碑。


前进波涛


我对相对论的理解是

相对论的最大前提就是,信息不可能超越光速传递。而光速,是信息交换的临界速度。


当两个目标间无法互相交换信息的时候,他们就无法互相构成参照系。他们之间的一切运动状态都是没有意义的。因为无论如何你都无法观测到。

类似于光椎之外的宇宙,跟我们毫无关系。

所以,从经典力学看有没有可能地球正相对于某个星球以超光速远离?

完全有可能,但是没有意义。因为无论地球了发生什么,或者那个星球发生了什么,彼此都无法知道。

经典物理里超越光速在相对论里已经失去了意义。

回到问题

所以很抱歉,用老师的话说。你的问题在相对论里可能超纲了。

至于相对论里那个速度叠加公式,是经典力学速度叠加公式的变形,经过变形后的式子代表的时空已经不是牛顿经典力学的时空。在此公式的时空观念下,两倍光速背离的物体相对速度是依然是光速。

想像下正比函数通过某种坐标变化变成一个反比函数。

时空观变化后同一个值变收敛了。

至于相对论里说要让一个物体达到光速需要无穷大的能量

因为要让两个可交换信息的东西变得无法交换信息。

牛顿经典力学的正比坐标系中,一份能量x就等于一份速度y

但是在相对论的反比坐标系里,你需要多少能量x,才能让y等于0?

以上关于正反比函数的例子与实际理论完全无关。只是希望朋友们更好理解。


饺子味的韭菜


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……


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