飞行力学

两束逆向飞行的光线,相对一束光,另一束光的 

来源:飞行力学 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-08-27

第一个答案:不会。它仍然是光速,而不是光速的两倍。

最简单的解释:这么简单的“超光速”现象,我们能想到的,科学家们肯定早就想到了。一百年来科学家们千万不能视而不见,他们渴望找到一种超光速现象来“推翻”相对论!

但我知道这绝对不是你想要的答案。你想知道为什么它不是光速的两倍。下面我们从几个方面来分析。

很多人会从狭义相对论本身来回答这个问题,不能说是错的,而是忽略了狭义相对论成立的两个重要前提。

狭义相对论的提出是基于两个重要前提: 1. 光速不变原理。 2.狭义相对论原理。

前提是什么?说白了,就是假设。换句话说,上述两个前提实际上是假设。当然,它们不是凭空想象的假设。首先,它们必须是自洽的,然后必须有一定的基础,无论是基于数学还是基于物理现实。

接下来分别说说这两个前提。

光速不变的原理,大家都很好理解,就是“光速不变”。但这并不意味着光速恒定在每秒 300,000 公里,而是在任何参考系(真空中)中任何形式的运动下,光速都是恒定的。

比如你以每秒5米的速度跑步,当我静止的时候,我看到你身体发出的光速仍然是光速,而不是光速+5米每秒。即使你能以99%的光速奔跑,你身体发出的光速仍然是光速!

这就是光速不变原理。

狭义相对论的原理是指所有惯性系统中的相同物理定律。也可以理解为:所有惯性系都是等价的。这种等价可以打破牛顿的绝对时空观,将牛顿体系下的“惯性系”应用到狭义相对论中。

什么是惯性系统?它是基于牛顿运动定律的参考系,以匀速直线运动或静止运动的参考系称为惯性参考系。

并且光不能被视为“惯性参考系”。牛顿惯性定律只适用于宏观世界的物体,而光具有波粒二象性,没有惯性,当然不能作为惯性参照系。

低速世界中的相对速度计算可以直接应用到伽利略变换中,也就是我们上学时学到的V=V1+V2。但是一旦升到亚光世界,伽利略变换就不再适用了,必须使用洛伦兹变换(其实伽利略变换只是低速世界中洛伦兹变换的近似):

V=|V1+V2|(1+V1·V2C^2)

用上述公式计算,两束光向相反方向飞行的相对速度仍为光速C。

肯定有人会质疑:既然光速不变原理只是一个假设,那就没什么好说的了:一直假设光速无论如何都不会改变,两束光相对飞行的速度在相反的方向上不能快两倍。光速,否则与假设相矛盾。

别担心,爱因斯坦关于光速不变的假设不仅合理,而且非常伟大,为狭义相对论奠定了基础!让我们简单谈谈爱因斯坦为什么做出这样的假设。

根据牛顿经典力学,速度需要有一个参考系,不同的参考系下速度会有所不同。比如时速300公里的高速列车,你会感觉非常快。但相对于高铁里的人来说,高铁是“静止的”。万物的速度都有这个相对速度。

所以在这种情况下,光速应该是一样的。当时,牛顿力学已经“上天”,拥有非常强大的统治力。物理学家相信这一点!

但是伟大物理学家麦克斯韦提出的麦克斯韦方程给出了一个例外。麦克斯韦理论中有一个很奇怪的东西,那就是光速C,C=1ε0μ0,其中ε0是真空介电常数,μ0是真空磁导率,两者都是常数。

这意味着光速不需要任何参照系,它就是光速本身。换句话说,光速是光相对于任何参考系的速度。

现在物理世界完全乱了,我开始想办法把牛顿的经典力学和麦克斯韦的理论结合起来。尽管牛顿的经典力学已经足够伟大,但麦克斯韦方程组却是如此优雅。

在这种背景下,以太的概念应运而生。以太,简单理解,就是绝对的参照系,光速的参照系。

但是自从提出以太的概念以来,它不仅没有解决问题,反而让很多问题变得更加复杂。以太本身的概念是假设的。

爱因斯坦的天才思维终于发挥了作用。他直接用“奥卡姆剃刀”打掉了“以太”,“如果没有必要,就不要增加实体”,取而代之的是“光速不变原理”。还有他的相对时空观!迈克尔逊莫雷实验也表明以太不存在。

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