文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
光 ， 总是那么特殊 。 因为光速是不变的 ， 这就是光速不变原理 。
光速不变 ， 并不是说“光在真空中的速度为30公里每秒” ， 而是说“在任何参照系任何运动状态下观测 ， 光速都是不变的” 。
通俗来讲就是 ， 光速不会与其他速度叠加 。 平时我们见过太多的速度叠加 ， 比如说你乘坐一辆时速为300公里的高铁 ， 然后你在上面奔跑 。
对于静止在地面上的我来讲 ， 你的速度就是高铁的速度+你奔跑的速度 。
但如果“光就是你” ， 光的速度仍旧是光速 ， 而不是光速+高铁的速度 。
针对光的这种与众不同的性质 ， 有人可能就会脑洞大开：如果有两束反向飞行的光 ， 它们的相对速度又是多少呢？
用普通的速度叠加很容易结算出来是2C（两倍光速） 。 但亚光速世界的相对速度问题并不能直接用速度叠加（不能用伽利略变换） ， 而应该用更精确的洛伦兹变换（伽利略变换就是我们通常用到的速度叠加 ， 它是洛伦兹变换在低速世界的近似值 。 ）
既然这样 ， 很多人就会直接拿出“洛伦兹变换”进行简单的计算 ， 会发现仍旧是光速（公式如下） 。 这个结果看起来似乎无懈可击 。
但事实上这个答案仍旧是不正确的 ， 起码是不严谨的 。
因为就像狭义相对论一样 ， 洛伦兹变换也是由两大前提推导出来的 ， 除了我们刚才所说的“光速不变原理” ， 还有就是“相对性原理” 。
何为相对性原理：在惯性系中遵循相同的物理法则 。 宇宙万物都可以看作是惯性系 ， 但唯独光不可以 。
下面接着分析 。
在我们眼里 ， 两束反向飞行的光相对速度的确是2C 。
看到这里 ， 有人可能会说：打脸了吧？刚才你还说不是2C呢！
注意 ， 上面的2C只是数学公式的简单叠加得出来的 ， 是以人为参照系计算出来的相对速度 ， 而不是两束光的相对速度 。
计算两束光的相对速度必须以其中一束光速为参照系 ， 它们的相对速度与人没有任何关系 。
但是光非常特殊 ， 光本身是没有任何时间概念的 ， 对于光来讲时间是静止的 ， 这意味着光可以瞬间飞行任何遥远的距离 。 如果存在宇宙边界 ， 光就可以瞬间到达宇宙边界 。
光的这种特殊性意味着它不能作为参照系 ， 否则就会彻底乱套 ， 失去了意义 。 就好像让打篮球的球员同时去当裁判一样 ， 这样的比赛还怎么打？
为什么光没有任何时间概念呢？
按照爱因斯坦狭义相对论的诠释 ， 时间与光速是息息相关的 。 如果一个人高速飞行 ， 他的时间就会变慢 ， 这就是时间膨胀效应（钟慢效应） 。
想象一下这个场景 。 你拿着光子钟乘坐飞船高速飞行 ， 对于地面上的我来讲 ， 光子钟里的光子的运动轨迹并不是直线 ， 而是一条斜线 ， 如下图：
但因为光速是恒定不变的 ， 很容易得到时间膨胀公式：
公式中可以看出 ， 速度越快时间就越慢 ， 当速度达到光速时时间就停止了 。
而由于时间和空间是一体的 ， 当速度达到光速时 ， 意味着空间也会缩短到无限小（尺缩效应） 。
所以说 ， 对于光来讲 ， 它没有时间概念 ， 时间是静止的 。 同时也没有空间概念 ， 任何再遥远的距离对于光来说都是近在咫尺的 。
明白了以上这些 ， 就很容易回答一开始的问题了 。 由于光不能作为参照系 ， 所以问题没有答案 ， 也可以说没有意义 。
但如果非要假设光作为参照系 ， 那么答案也不是C ， 更不是2C 。 因为光的性质很特殊 ， 在一瞬间可以飞行任何遥远的距离 ， 也就是无穷远 。
【反向飞行的两束光，相对速度是多少？两倍光速还是光速？都不对！】两束光在一瞬间都飞行了无穷远 ， 根据速度等于距离除以时间来计算 ， 距离无穷大 ， 时间无穷小 ， 那么速度也会是无穷大！而无穷只是一种概念 ， 抽象的数学概念 ， 并不是具体的数 ， 也不存在这样的数！
推荐阅读
- 星辰变：蛮乾压制杜中君，秦羽进入恒星期，连月娘娘陨落
- 四级文明真的存在吗？三级文明之上的可怕存在，科学家从来不提
- 听起来很假，但100%真实的7个事实
- 宇宙中的黑洞，可以促进恒星的诞生？
- 银河系直径16万光年，光都要走16万年，科学家怎么测的？
- 太阳核聚变为啥不会爆炸，燃烧100亿年，一共燃烧了多少燃料？
- 外形像一片羽毛，直径5.2亿光年的拉尼亚凯亚，是银河系的上司？
- 75亿光年！肉眼能看到的最远的星球，离地球有多少光年？
- 神舟十四号神舟十五号将通过哪种火箭发射？这些黑科技值得了解