各位大神请教一下。如果有一个小孩在光速的列车上跑,能否超光速?

陈辰dear


早就超过光速了!假设甲乙两地相距2光年,在甲乙两地直线中间一光年的地方存在丙地,一束光从甲地出发到乙地用2年,而甲乙两地同时发射一束光到丙地用一年,那么两个相对发射的光在距离两光年的距离上相对发射,相遇时间是一年,那么两束光想对的速度不是两倍光速?一束光向你发射而来,不就相当于你以光速去追击光吗?所以从宏观看仍然是符合速度叠加的,而不同的是在不同速度中的物体中事件流逝的概念受速度影响!

其实主要是因为光的速度和日常中物体的速度产生方式不同,你扔一个石子在石子未脱离你的手之前,他的速度产生是靠你手的推力加速度,而光不同,你拿个手电使劲抡,在打开开关的一瞬,光是激发出来的,和你的手速没有任何关系,包括你站在光速的车上打手电!所以甲乙相距一光年如果你从光速的列车上打手电从甲地到乙地,光的时间并不是半年!而应该这样计算,从甲地出发到你拧开开关的时间,再加上拧开开关后剩下的距离除以光速!也就还是一年!但是如果光速行驶的列车上有一个小孩在跑,那么他的速度是叠加的!


我叫不知道呀


如果一个物体在太空中以每秒几十公里的速度运动的话,其并不会受到多大的影响。其感受到的阻力很小。因此,我们的地球🌍已经围绕着太阳🌞公转了四十五亿年,其轨道仍然没有发生显著的变化。

然而,如果一颗小行星坠入地球的话,其会因为高速运动,引起与空气中气体分子的摩擦而生热,产生燃烧🔥现象。这就是我们在地面上看到的流星🌠及其生成的原因。

如果我们再进一步思考🤔,当一个人从高空跌落到水中的情形时,这个人会受到水的极大阻力。而且,速度越大,水分子对人体的阻碍就越大。于是,在高速的情况下,人也会被作为液体的水摔死的。

这就是为什么,人可以借助于摩托艇🛥️进行赤脚🦶划水运动的原因。速度可以使由离散的粒子构成的空间即物理背景变“硬”。面对高速的运动,无规运动的空间粒子被固化了。因为,它们没有时间和机会,避免与高速物体的碰撞💥。

综上所述,只要作为物理背景的空间存在,物体的运动就不再是自由的了,其必然会受到空间的影响与束缚。

于是,小孩🧒能否在光速列车🚄上自由行走,取决于是否存在着影响物体运动的物理背景。

于是,该问题转化为,在真空的情况下,是否还有由更小粒子构成的物理背景,即是否存在着更为基本的物理空间?

这一答案是肯定的。

从哲学上来说,绝对的虚无是不可想象的,其只是作为现实世界的对立概念而被提出的,绝对的虚无并无任何实际的物理意义。

从物理的角度而言,有许多物理现象只有借助于离散的物理背景,才是可以被理解的。比如,所有的微观粒子都具有波动性,不存在绝对静止的粒子;

比如,存在着非接触的远程力,即存在着万有引力和电磁力🧲。

比如,原子的体积仅只是由电子高速运动产生的屏蔽效应所形成的封闭体系,其内部的绝大部分空间都是“空”的。

比如,光速具有不变性,说明光子的能量形式主要是势能而不是动能。这一方面说明光子的质量很小,另一方面也意味着外部空间的存在。否则的话,势能就无从产生。

比如,为了避免能量的连续性所导致的紫外灾变,要求在我们的宇宙中存在着不可再分的最小粒子,从而使能量具有最小的结构单元,即存在着量纲为粒子角动量的普朗克常数h。

上述这些现象都集中地指向了一点,即存在着由最小粒子构成的物理背景,存在着量子空间。由最小粒子构成的量子空间,相对于水和空气来说,有两个突出的特点。

其一是作为最小粒子的量子,其质量和体积都远小于水分子和气体分子,因而对低速运动的宏观物体影响不大。这就是为什么,地球得以长期围绕着太阳运行的原因。

其二是具有最大的广泛性,宇宙中的所有物体都不可避免地会受到量子空间的影响与束缚。离散的量子是宇宙中最为基本的存在形式,而其他的物体则仅只是在量子海(空间)中所漂泊的泡沫。

所以,任何物体的运动都无法达到光速,它们都会在达到光速之前被量子空间撕碎,还原为光子。

所以,即便是火车能够达到光速,车中的小孩也会类似高空入水那样被量子空间挤死;即便是该小孩在光速列车中还能安然无恙,其也会因受到量子空间的束缚而动弹不得。


淡漠乾坤


只要对相对论稍稍有些了解的人就会知道,爱因斯坦给出的相对论不允许物质的速度超过光速。因为物体的质量会随速度的增大而增大,若是物体的速度达到了光速,物体的质量将会达到无穷大,这需要无穷大的能量,显然这是不可能的。

于是有人设计了很多方案去创造超光速,进而想推翻相对论。这些方案五花八门,常见的有这样两种,一种是有一根长一光年的棍子,从这头推一下棍子或者晃一下棍子,棍子的另一头会不会马上动?另一种是在以光速或接近光速行驶的列车上,一个人向前奔跑,问人会不会超光速?

这些问题的答案非常明确:不会。100多年来相对论经历了各种检验,不是一个想当然的“思想实验”就能推翻的。刚才的例子中为什么不会出现超光速呢?

先说第一种。棍子是由原子、分子组成的,从棍子的这一端推棍子,能量会传递到另一端使得另一端也跟着移动。推动棍子时会使原子、分子间的距离周期性地变化,这实际上就是产生了机械波,推动棍子的信号就是以机械波的方式向前传递的。声音就是靠机械波传递的,机械波在介质中的传播速度和声音在介质中的传播速度一样,声速一般只有几百米每秒至几千米每秒,远远小于光速。推动棍子或者晃动棍子都不可能使物质、能量、信息超过光速。

第二种情况涉及到洛伦兹变换。在经典力学中,车以速度V1向前行驶,人在车中以速度V2相对于车厢向前运动,这样人相对于地面的速度就是V1+V2。这是速度的伽利略变换,这在经典力学中是天经地义的,简直无需证明。不过这里涉及到两个参考系,从这个参考系跨越到另一个参考系,伽利略变换只是低速时的近似,高速时差别就会显示出来。从这个参考系到另一个参考系速度不是简单的直接相加减,需要用到洛伦兹变换。在洛伦兹变换下,物体的速度被限制在光速以内。这在理论方面可以推导出来,在实验方面也早已得到验证。

相对论是现代物理学的基础,已经不可能被推翻,不懂相对论不要紧,但不要动不动就“推翻”相对论。


刁博


如果一个小孩在光速的列车上跑,能否超光速?

如果一个小孩在光速列车上跑,小孩与列车是一个整体正在以光速向前奔驰,小孩和列车是相对静止的一个整体运动体。

在万有引力的作用下,小孩在光速的列车上跑,小孩与车厢产生移动,从而产生速度。但小孩与列车是一个整体,并没产生速度,故小孩不能超光速。


用户1495609362175


首先,给你一个明确的回答:不能!

你的问题实际上就是,假设一列火车以速度v沿直线前进,一个小孩在车厢里以速度w奔跑,求小孩相对于地面的速度w1。

对于这类问题,无论在任何速度下,多数人都会习惯性地按照伽利略变换来理解,也就是小孩相对于地面的速度,等于列车的速度与小孩奔跑速度之和。

列为等式就是w1=v±w(v和w之间取+号还是-号,取决于小孩奔跑方向与列车同向还是反向)。

在你的假设中,小孩是与列车同向奔跑的,所以取+号,等式为w1=v+w。

那么w1显然大于v,如果v=光速,则w1也大于光速,因此小孩奔跑的速度超过了光速。

对于相对速度,这是最容易被人接受的理解方式,但这种理解方式是错的,相对速度不能以w1=v±w这种方式来理解。

且不说光速,即便列车是正常的速度,这种理解方式也同样是错误的。

就拿普通的火车来说:

一列火车以时速100公里匀速行驶,小猪佩奇在车厢内以1公里的时速与火车同向奔跑,那么佩奇相对于地面的速度是多少?

通常来说,正确答案是101公里,这几乎毫无疑问。

但严格来说101公里并不准确,准确答案应该是大于100公里,小于101公里。

只不过,在这种“龟速”的情况下,佩奇的相对速度会无限接近101公里,误差小到可以完全忽略而已。

这里的误差是由于光线的传播时间导致的,因此车速远低于光速时可以忽略不计,但车速趋近于光速时,这个误差就不容忽视了。

这个问题要讲清楚很复杂,但要大致理解其实也很简单。

首先思考一下:速度的本质是什么?

是时间与空间的关系。

也就是物体在一段时间内发生的空间位置的变化——通俗来说,就是小猪佩奇在1点01分位于A点;1点02分位于F点,而A和F之间的距离为16.5米,我们就说佩奇的行进速度为每分钟16.5米(不要纠结佩奇走得太慢,这不重要),换算过来就是时速约1公里。

那么,佩奇从A点走到F点所消耗时间是如何体现出来的呢?

显而易见,是由光线的传播体现出来的。

1点01分,我们看见了佩奇从A点反射出来的光;1点02分,我们看见了佩奇从F点反射出来的光;其间我们还先后看见了佩奇经过B、C、D、E点时反射出来的光,所以我们得出了佩奇从A点走到了B点花了1分钟的结论。这个不难理解,对吧。

可是别忘了,光线传播是需要时间的——在佩奇看来,它在1点02分已经到达了F点,但是它从F点反射出来的光,要经过一段时间才能传播到我们的眼睛里,所以我们看见它位于F点时,严格来说已经不是1点02分了。这也不难理解,对吧。

反过来说,在1点02分时,虽然佩奇已经到达了F点,可是我们还没有看到佩奇从F点反射出来的光,所以对我们而言,此时的佩奇并不位于F点。这就表示在我们眼里,佩奇这1分钟其实并没有前进16.5米,换言之,对于我们而言,佩奇的速度是低于每分钟16.5米的!

明白了吗?由于光的传播速度有限,我们看见佩奇行走的距离,会小于车厢里的人看见佩奇行走的距离。

只不过,由于光速很快,在正常情况下,这种差异根本无法察觉而已。但无法察觉并不表示它不存在,当车速接近光速之后,这种差异就非常明显了。

按照相对性原理,列车的速度有多快,就表示我们相对于列车的速度也有多快。

列车低速行驶,我们相对于列车也是低速运动;列车高速行驶,我们相对于列车也是高速运动。

所以当列车低速行驶时,光线在追赶一个低速运动的我们;当列车高速行驶时,光线在以同样的速度追赶一个高速运动的我们。以相同的速度去追一个“跑”得更快的人自然耗时更长。

由此可见,同样在1点02分,我们看到的情况是,低速列车上的佩奇,比高速列车上的佩奇更接近F点。因为从低速列车上传出来的光线会更早地追上我们。

换一种方式来表达:同样是1分钟的时间,低速列车上的佩奇移动了更长的一段距离。

看见了吗?列车的速度越快,对于我们而言,佩奇在1分钟内移动的距离就越短,也就是说,列车的速度越快,它的速度就越慢。

而列车如果趋近于光速,佩奇的速度也就趋近于0了;如果列车完全达到了光速,则佩奇的速度为0。因此,在光速列车中奔跑的佩奇,相对于我们而言奔跑速度为0。

0+光速=光速,所以即使佩奇能在光速列车上奔跑,相对于我们,他的奔跑速度仍然是光速。

实际上,光的传播速度所以产生的影响并不仅仅限于时间上差异,还包括空间的差异、距离的差异。这也就是在高速状态下,必须利用洛伦兹变换来解释相对速度的原因:

洛伦兹变换和伽利略变换唯一的区别,就在于洛伦兹变换包含了光的传播定律,而速度接近光速后,光的传播速度所带来的影响是不容忽略的。


科学矩阵


关于这个问题,一定要摒弃掉牛顿力学框架下的速度叠加的思想。那具体咋回事呢?

这要从伽利略说起,伽利略曾经提出过一个叫做“伽利略变换”的理论,试想一下,如果你坐在一艘封闭的船里面,而且船开得很平稳,其实你在船里是感受不到的船是不是在动的。比较常见的场景就是在高铁上,如果你旁边有一辆高铁,你在另一辆高铁上,有一辆高铁动了,你能感觉到到底是谁动了么?其实你不太能,这其实就是“运动的相对性”造成的。而牛顿其实把“伽利略变换”纳入到了自己的理论体系当中。所以,我们在使用牛顿理论时,常常会这么用。

假设,有一辆汽车,你在汽车里面走,

如果在车子上,看你的运动,那就是5m/s,如果是站在地面上的观察者,你的速度就是10+5=15m/s,看上去好像没啥太大问题对不对?

而且牛顿的理论特别厉害,还能预测行星的位置。可是,过了大概150年,有个叫做麦克斯韦的科学家,提出了麦克斯韦方程。

看不懂,不要紧。你只需要知道一点,那就是麦克斯韦方程预言了电磁波的存在,并且光是一种电磁波,这后来还被赫兹所证明。不过,最让人无奈是,麦克斯韦方程导出的光速c是一个固定值。具体来说,就是光速竟然在任何参考系下速度都是一致的。还回到刚才的例子,如果车里不是你在运动,而是你拿着手电筒射出一道光,你和地面上的观察其实看到的都是光速c。但是在牛顿的理论中,地面观测者看到的速度应该是v=c+5。

这就使得牛顿理论和麦克斯韦的电磁理论矛盾,可问题是,牛顿理论十分坚实,而麦克斯韦方程也解决了电磁理论中的问题,科学家不觉得他们当中有任何一个错了。

那咋办呢?科学家开始左右逢源,提出了一个叫做“以太”的东西,他们认为光是在以太中传播的,而以太是跟着地球在运动的。所以,我们无论咋看,光速都是c。其实也不能怪科学家想到这个,因为在那个时代,光被认为是一种波。水波也是一种波,水传递需要介质,而光传播应该也需要介质,所以他们就认为是“以太”。后来,科学家们开始找“以太”,可是,万万没想到,几个大型试验下来,其中就包括迈克尔孙莫雷实验,都证明了“以太”是不存在的。这就让科学家们很尴尬了。

那接下来改办呢?26岁的爱因斯坦横空出世,开始和稀泥。

具体咋玩的呢?他把“伽利略变换”和“光速在任何惯性系下速度不变”作为自己理论的基本假设,提出了著名的狭义相对论。这是1905年提出来的,这一年被叫做爱因斯坦奇迹,他还提出了好几个开创性的理论。

那爱因斯坦的狭义相对论和牛顿的理论不同之处在哪呢?还拿刚才那个小车来举例子。

从地面观测者的角度来看,车子上的人的速度就是10+5=15m/s

但是在爱因斯坦的体系中,速度并不是纯粹的叠加,而是下面这样:

如果你仔细带进去算一算,会发现,速度约等于15m/s,只是在小数点15位会有个微小的差异。所以,其实在宏观低速下,牛顿的理论是爱因斯坦狭义相对论的近似解。这也就是为什么我们现在还要学牛顿理论的原因,因为它在宏观低速下还是十分精确的。

那我们在来思考一下,如果车上的人就是那个小孩,而这时候车子以光速在运动(这里补充一点,实际上车子是有静止质量的,所以车子是不可能达到光速的,或者说如果要让车子达到光速,那所需要能量将是无穷大。)

那结果会是什么呢?

其实牛顿的理论,地面观察者看到的小孩速度就是c+5

而爱因斯坦的理论,地面观测者看到的小孩速度其实还是:c,也就是说地面观测者看到的其实还是光速。刚才也说到了,麦克斯韦方程给出的光速在任意惯性系下都是光速,而且实验也证明了“以太”不存在,其次爱因斯坦的狭义相对论其实后来在得到了证明,比如:μ子实验,和原子钟实验。因此,爱因斯坦的理论成为了目前的主流理论。

所以,实际上,我们看到的小孩速度还是光速,而不是超光速。


钟铭聊科学


往前跑超越光速!往后跑、相对加速度、还是超越光速!静止不动等于光速!


红尘一笑201


能跑到车前边去就抄了。


六零后老农民


能跑出列车就可以,跑不出去就没用


伴月童子


类似这种问题经常出现,认知这种问题的前提就是要彻底摆脱我们上学时代(初中高中)的速度相对叠加的想法,用术语讲就是要摆脱牛顿的绝对时空观束缚,需要用爱因斯坦的相对时空观去思考问题,而从绝对时空观到相对时空观的过渡经历了的很多故事!

首先从伽利略开始讲起!伽利略我们都知道,人类科学史上的大咖,这里说一个概念:伽利略变换,听起来很陌生?其实很简单,就是一种运动相对性原理,比如说你我两人以5米每秒的速度反方向奔跑,我们的相对速度就是10米每秒(5+5),这就是伽利略变换,说白了就是V=V1+V2,这下明白了吧?

而牛顿的绝对时空观基础上的经典力学与伽利略变换可以看做是一致的,经典力学就有伽利略变化的思想!

牛顿的绝对时空观影响力非常大,以至于同时代甚至牛顿之后的物理学界都深受绝对时空观的影响,这种时空观也符合人们对周围世界的认知!

然后一百多年之后,又一位科学界大咖横空出世,他就是大名鼎鼎的麦克斯韦,创立人堪称人类历史上最美最伟大的公式:麦克斯韦方程组(想了解这个公式的前世今生,关注微信公众号:yzdaquan,回复:最美公式),这个方程组表明,光速是一个常数,与光源的运动形式无关,说白了就是在任何参照系下,光的速度都是光速!这显然与牛顿的绝对时空观矛盾!

这样的结果让当时物理学界十分不解。一方面是物理学界影响巨大的牛顿绝对时空观,另一方面是麦克斯韦方程组,最美的公式,美的不要不要的。但两者如今竟然是矛盾的!

怎么办?要不说绝对时空观思想的影响就是很深,当时的物理学界没有人敢放弃绝对时空观,他们假定了“以太”的存在来试图调和绝对时空观与麦克斯韦方程组!

什么是以太,说白了就是时空中绝对静止的东西,以太是光的传播介质,光速相对以太就是一个常数!

接下来物理学家大咖们绞尽脑汁去寻找以太,但到头来也没有找到,特别是莫雷迈克尔逊的实验也证明了以太是不存在的,也间接证明了光速不变!

怎么办?一方面物理学界当然不敢“得罪”也不会放弃牛顿经典力学和绝对时空观,另一方面最美公式麦克斯韦方程组又是如此“霸道”,如何协调它们?

这就更加凸显出了爱因斯坦的伟大,尤其是在颠覆性思维方面的伟大!爱因斯坦深受麦克斯韦方程组的影响和启发:既然以太不存在,而麦克斯韦方程组又如此的美,为何不直接放弃牛顿的绝对时空观?

于是爱因斯坦大胆假设光速不变原理,加上相对性原理,提出了他的极具颠覆性的相对时空观,彻底抛弃牛顿的相对时空观,狭义相对论应运而生!

如今我们都知道光速不变原理指的什么,说白了,任何情况下光速都是常数,问题中的答案也非常明了,仍旧是光速!

实际上,爱因斯坦提出相对论之前,有几位物理学家已经非常接近相对论了,比如庞加莱,洛伦兹等人,洛伦兹甚至提出了洛伦兹变换,问题中的最终速度就可以用洛伦兹变换计算出来,而我们经常用的伽利略变换只是洛伦兹变化的特例和近似值!

但是就是因为没有彻底放弃牛顿的绝对时空观影响,绝对时空观在他们的引力如此根深蒂固,很难放弃这种时空观看到事物的本质!

不过话说过来,不适合否认爱因斯坦的伟大,即使爱因斯坦没有提出狭义相对论,用不了几年(甚至更快)就会有人提出,不管是庞加莱,洛伦兹还是其他人,因为当时狭义相对论提出的条件已经非常成熟了!


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