兩束相反方向飛行的光束的相對速度是多少? 不要告訴我光速的兩倍!

Mondo 科學 更新 2024-02-01

光速是一種非常特殊的速度,它與我們通常所說的速度有著根本的不同,因為有一點:光速是不變的。

當然,光速不會改變,不是“真空中的光速是每秒30萬公里”,而是“光速疊加在任何其他速度上時仍然是光速”。

也就是說,光速不會發生變化,無論是順風還是逆風光速是絕對的。舉個例子就清楚了。

我還在地上,你拿著手電筒跑得快,跑得快是v。 手電筒在我眼睛裡發出的光的速度是多少?

根據我們平時用的相對速度,答案應該是光速c加上你跑步的速度,也就是c+v。 這不是比光速還快嗎? 如果它比光速快,愛因斯坦的相對論就會被推翻。

事實並非如此,不管你跑得有多快,在我眼裡,手電筒發出的光的速度是沒有變化的,是光速,即使你無限接近光速跑,結果也是一樣的。

知道光速不會改變,回到問題,兩束光向相反的方向飛行,根據光速不變的原理,相對速度仍應為光速。

但是等等,答案並不那麼簡單。

愛因斯坦的狹義相對論,它基於兩個主要假設,分別是上面提到的光速不變原理和狹義相對論原理。

什麼是相對論原理? 簡單的理解是,在慣性系中,物理定律都表現出相同的形式。 說白了,在慣性參考係中,你無法分辨你是處於靜止狀態還是處於勻速直線運動中,因為這兩種狀態下的物理定律是一樣的。

例如,對於觀察者來說,如果其中一束光的速度為光速 c,而另一束光的速度為光速 c,那麼在你看來,兩束光的相對速度是光速的兩倍,即 2c。

再一次,你可能會問:這難道不是又比光速快嗎? 它確實比光速快,但並不違反愛因斯坦的相對論,因為相對論並沒有絕對限制光速,相對論下光速的極限是前提。

根據狹義相對論,要計算兩束光的相對速度,當然不應該用你作為參考係,而應該用那束光作為參考係。 同時,當速度達到亞光速或光速時,我們通常用來計算相對速度的伽利略變換就不起作用了,必須使用更精確的洛倫茲變換

根據洛倫茲變換公式,可以計算出兩束光的相對速度仍然是光速,這與剛才用光速不變所分析的結果相同。

但是光不能充當慣性系,為什麼呢? 簡單地說,光沒有慣性,有質量的物體有。 另一方面,光本身沒有時間和空間的概念,沒有時間和空間概念的東西怎麼能作為參照系呢?

用光作為參照系,就像既是球員又是裁判,說白了,沒有任何意義。

有人可能無法理解它”。光沒有時間概念其實可以通俗地理解為“光的時間是靜態的”,但這只是一種通俗的理解方式,其實也不是很嚴謹,因為光根本就沒有時間。

根據狹義相對論時間膨脹效應如果達到光速,時間是靜止的,光速就是光速,所以可以普遍理解為光的時間是靜止的。

你們中的一些人可能會想,“也是”。陽光到達地球大約需要 8 分鐘既然光沒有時間的概念,或者光的時間是靜態的,為什麼需要8分鐘呢?

其實這是乙個誤會,所謂的“8分鐘”就是人類看到陽光所需的時間,但對於陽光本身來說,它不需要任何時間,它就能瞬間到達地球。 其實,不要說地球,即使是在宇宙的任何地方,光也會瞬間到達。

那麼,既然光不能用作參考係,那麼兩束光向相反方向飛行的相對速度是多少?

有兩個答案。

首先,既然光沒有時間,沒有空間,相對速度等於空間(距離)除以時間,這個問題被誤解了,我們根本找不到光的時間和空間,怎麼會有答案呢?

其次,如果有乙個答案,只有乙個答案:無窮大。 為什麼?

正如我前面提到的,光可以在瞬間飛到任何遙遠的地方,即無限遠的地方。 距離是無限的,時間是無限短的,把距離除以時間,答案當然是無窮大。

同樣,所謂的“無窮大”只是我們強加的兩束光的相對速度,這是不合理的,因為“無窮大”的答案使兩束光完全無法理解。

如果兩束光都是有意識的,他們就會感到困惑:什麼是時間,什麼是空間? 那兩道光完全看不懂,他們只知道自己的速度是光速,別無他法。

同時,在光明的世界裡,只有兩個瞬間,“生與死”。,他們根本走不了任何工序,這種光其實很“傷心”!

如果光能感覺到這個過程,就相當於感覺到時間,哪怕是極短的瞬間,對我們這個世界來說也是災難性的,因為在光的瞬間,宇宙會流逝無限的時間,這意味著宇宙將毀滅!

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