如果把光作为参考系,宇宙中一切事物,是否都以超光速运动?
创始人
2024-05-22 16:06:15
0次

原标题:如果把光作为参考系,宇宙中一切事物,是否都以超光速运动?

甲以10km/h的速度向北运动,乙以8km/h的速度向南运动,求两者的相对速度是多少?答案是12.81km/h。相信小学生都会算。那么,如果两束光相对而行,两者的相对速度是否就超越光速了呢?或者说,如果以一束光作为参考系,那宇宙中的一切事物,不都是以超光速运行了吗?

首先,根据光速不变原理,两束光相向而行,“相对速度”依旧是C,所谓光速不变,是指我们测量光的速度都是固定的C,也就是说,光相对于任何观察者的速度都是C。

光速不变最先在相对论中是公理,根本就无需证明,就好像两点之间直线最短一样,但是后来迈克尔逊仍然利用实验验证了,简而言之他无论如何测量,光速依旧是C,爱因斯坦便以此为基础,来演绎相对论。

在牛顿的理论当中,速度为相对,而时间为绝对,因此是用伽利略变换,爱因斯坦则是洛伦兹变换,即加上了相对时间。当一个事物的速度为C时,其他事物相对于它而言就是静止,即它的速度(C)和其他事物的速度(C)的相对速度是光速加零,用数学语言就是(C×h+C×0)/h。

爱因斯坦当时考虑这个问题的思路应该大概是这样的:既然之前的相对性原理保持惯性系中自然现象遵守同样的规律,那么测量光速应该也遵循这个原理。但是这又不符合牛顿力学的经典时空观。这时候爱因斯坦的做法符合历史上大多数科学理论开创者的思路:不妨将经典理论放在一边。先以光速测量值不变为公设向下推导。后来的研究也确实证明在高速情形下狭义相对论的有效性。

这也就是说,通常的相对速度公式只能在宏观、低速、弱引力场中运用,而到了微观、高速、强引力场中比如两束光相对运动之类的,就要用到洛伦兹变换。所以,光子相对于光子之间的运动,显然不能与光相对于观察者或者相对于质点的运动相提并论。

那说到这里可能有人会问了,既然光子之间的相对运动不能用到常规相对速度公式,那光相对于其他物体的运动总可以在牛顿体系中计算了吧?以光为参考系,其他事物的速度还是超光速了呀?然而,问题就在光不能被当做参考系上。

什么是参考系?参考系是讨论速度前,被设为静止的对象,离开参考系讨论速度没有意义。但以光本身作为参考系就是不合理的,虽然数值上是对的,但在物理意义上是不恰当的。就像经典力学也能把质量、光速等等代到圆周运动力也能够演绎出某种“压缩至该尺寸,就连光也逃不出去”的半径,但是和真正的“史瓦西半径”的含义仍然不同。

所谓选择参考系就是选择一种记下事件时空坐标的方式,在牛顿力学下,时间是全局的,空间是平直的,你可以说选择某个参照物就是个参考系,因为标准钟加上标架平移得到的笛卡尔系即可作为参考系。但是相对论情形下,一个参考系其实是一个时空分解方式,所以是时空上的一个类时线汇才能构成参考系。而且光子的固有时为0,所以光子的时间一直是静止的,根本没办法定义速度。

因为光子的洛伦兹因子无穷大,以任何物体为参考系时,该物体的速度必然为0,所以如果以光子为参考系,那么光子的速度就为0了,这是违背相对论基本假设的。即使你非要用光子作为参考系,这个参考系也必定不是惯性参考系,其中狭义相对论已经自然地不成立。

总而言之,目前在宇宙中还想象不出有什么运动形式能够超越光速,除非能够改变真空的介电常数和磁导率,这大概只有大自然才能做到——彻底改变宇宙的时空结构。所以,超光速运动就暂时别想了。

相关内容

浙江队主帅阿洛伊西为何离任...
  浙江队官方发布公告,确认与主教练罗斯·阿洛伊西不再续约,双方结...
2026-11-09 18:48:10
王楚钦发文回应低谷期,规则...
  王楚钦发文回应低谷期:输给队友后公开反思,世界排名与状态波动怎...
2026-11-09 18:46:19
曼联补时连追两球绝平维拉仍...
  曼联补时连追两球绝平维拉,为什么仍处于降级区?  结论前置:在...
2026-11-09 18:46:10
王楚钦发文感谢教练组回应低...
  王楚钦感谢教练组是怎么回事?一文看懂事件全貌与关键数据  20...
2026-11-09 18:45:49
新浪斯诺克热点小时报丨20...
  1、丁俊晖的母亲陈习娟:辛苦抚养儿子成才,最终还没享福就去世了...
2026-11-09 17:48:14
新浪动漫热点小时报丨202...
  1、Gemini能做15秒视频了,这5种玩法挺有意思  (来源...
2026-11-09 17:48:12
新浪冬奥热点小时报丨202...
  1、以一敌三单挑韩国夺冠!中国又一天才横空出世,16岁少年惊艳...
2026-11-09 17:48:09
新浪文旅热点小时报丨202...
  1、好评中国丨潮起金秋,文旅体商融合拓展内需空间  北京学子到...
2026-11-09 17:48:04
新浪巴塞罗那热点小时报丨2...
  1、体坛联播|巴萨逆转马竞领跑西甲,曼联维拉上演进球大战  来...
2026-11-09 17:48:02

热门资讯

王楚钦发文回应低谷期,规则赛制...   王楚钦发文回应低谷期:输给队友后公开反思,世界排名与状态波动怎么看?  2026年11月9日,王...
曼联补时连追两球绝平维拉仍难逃...   曼联补时连追两球绝平维拉,为什么仍处于降级区?  结论前置:在2026-2027赛季英格兰足球超...
新浪券商热点小时报丨2026年...   1、香港银证直连合作接连调整 多家银行暂停部分券商银证转账服务  上证报中国证券网讯(记者 徐潇...
新浪NBA火箭热点小时报丨20...   1、强强对话!ESPN明日胜率预测:火箭高达77.2% 掘金仅22.8%  直播吧11月9日讯 ...
新浪美联储热点小时报丨2026...   1、油价回落缓解通胀压力,美元指数小幅回落  汇通财经APP讯——周一亚洲时段,美元指数在连续两...
新浪NBA常规赛热点小时报丨2...   1、NBA常规赛激战升级 多支强队豪取连胜  詹姆斯在76人对阵公牛一役砍下22分5篮板5助攻,...
新浪NBA爵士队热点小时报丨2...   1、NBA常规赛激战升级 多支强队豪取连胜  詹姆斯在76人对阵公牛一役砍下22分5篮板5助攻,...
新浪NBA森林狼热点小时报丨2...   1、森林狼取胜迎4连胜并送爵士8连败 鲍尔24+5 彼得森新高26+6  来源:直播吧直播吧11...
眉山东坡马拉松观赛指南:东坡故...   眉山东坡马拉松是什么级别的赛事?核心服务信息先看表  2026四川东坡马拉松在眉山东坡故里鸣枪开...
新浪NBA太阳队热点小时报丨2...   1、[小炮APP]竞彩情报:马刺场均盖帽领跑全联盟  马刺(客队)有利情报1. 马刺在过去十场比...