两束光线向相反方向照射,他们的相对速度是不是2倍光速?

光速和光速合成当然不是两倍光速 。

悟空问答上这类问题总是被反复问,然而看了一下,目前比较靠谱的答案只有两个,不靠谱却有一堆,所以还是讲一下吧 。

爱因斯坦是位物理大师,但是人家数学也很好 。狭义相对论背后的数学保证了光速不变 。

简单的说,当两个速度按照狭义相对论公式合成的时候,只要其中有一个是光速,那么不管另一个是不是光速,合成的结果都是光速 。

比如题目当中说的两束方向相反的光@九维空间 已经算过了 。我们可以看看另外一种情景,向同一方向发出两束光,可能有人觉得这种方法也能得到2倍光速,有人则觉得这样能使光静止,那么实际情况如何呢?可以按照下面的公式计算 。


两束光线向相反方向照射,他们的相对速度是不是2倍光速?

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v1和v2都是光速c,代入公式可以算出,合成的速度v也是光速c,c在真空中是约30万公里每秒 。

科学理论并不等于真理,但是一种成功的科学理论是建立在数学基础上并且符合实验和观测的,光速不变原理和狭义对论也是如此 。

之前也有人问在一辆运动的车上发射一束光是不是就能超光速,这个问题其实一百多年前就有了答案 。

【两束光线向相反方向照射,他们的相对速度是不是2倍光速?】地球的轨道速度接近30公里每秒,这个速度别说是车、比导弹都快多了,那么沿着地球轨道方向发射一束光,和垂直地球轨道方向发射一束光,是不是有一个速度会超过光速呢?

1887年,迈克尔逊和莫雷用实验告诉我们,两者的速度差别小到测不出来,也就说两个速度都是一样的光速,这就是著名的迈克尔逊-莫雷实验 。现代的科学家已经可以将这种速度测量的误差减小到10亿亿分之一,仍然支持光速不变原理 。

然而,现在有些童鞋还是喜欢喊超光速,喜欢嚷爱因斯坦和相对论如何不对,但是他们说的话里面常常一点数学也没有,更别提物理概念和实验观测了,所以他们也许是在跟爱因斯坦比中文吧?

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科普一下 普通的相对速度是在速度相对于光速很低的情况下,比如,甲乙相对运动,以甲速度方向为正,设甲的速度为V1,乙的速度为-V2,则甲相对乙的速度为V1+V2

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但是当速度接近光速时,上述就不再成立了.而是用到爱因斯坦相对论速度公式:V=(V1-V2)/[1-(V1V2/C^2)]

你会发现,当甲乙两者的速度中任何一者为C时,无论另一者速度为多少,最终相对速度算出来都是C,因此,此时他们的相对速度是光速 。

所以嘞,在高速时计算速度叠加不能简单地把两个速度相加 。牛顿的经典力学是相对论模型在宏观低速下的完美近似 。

在宏观、低速、弱引力场模型中伽利略变换是近似成立的,而在微观、高速、强引力场模型中则要使用洛伦兹变换 。相对论认为携带能量和信息的物质运动速度不能超过光速,纵使光速与光速叠加,速度仍然是1倍光速 。洛仑兹相对速度公式:v=(v1+v2)/(1+v1v2/c^2) 。

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说明:C是光速,物体的极限速度,不可超越 。

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1887年,迈克尔逊与莫雷做了一次实验,实验的结果表明了,无论在任何一个惯性系中,光速都是不变的,都是恒定的,且无论在哪个方向上,都是这样 。

所以说,两束光线无论是朝着相反方向照射,还是朝着哪个方向照射,光的速度都是恒定的,都是不变的 。

其实,科学家在做实验之前,就是这么想的,如果光速是可以变化的,那么是不是前面来了一辆车,车灯打开,照射出的光线是不是就要比车辆静止时开灯照射出的光线要快呢?

骑着自行车,拿着手电筒,开着灯,这个光线是不是就超了光速呢?

显然,不是这样的,迈克尔逊---莫雷实验已经充分的说明了这一点,光速恒定 。


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在这个实验被做出的以后几年中,世界上许多科学家都对这个实验做出了解释,解释光速为什么不变 。

1892年,洛伦兹也提出了自己的解释(即洛伦兹变换),不过他的解释中还依然保留了以太的概念,可见,在那段时期内,物理学家还是比较相信以太是存在的 。


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不过,其实1887年的迈克尔逊莫雷实验就可以证明以太是不存在的了 。

虽然洛伦兹依然在他的解释里保留了以太概念,但是当爱因斯坦在提出狭义相对论之前,认为光速既然不变,那以太就没有存在的必要了,所以对洛伦兹变换做了一次新的解释,否认以太的存在,赋予了洛伦兹变换新的意义 。


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在利用洛伦兹变换时,无论你是拿着手电筒跑着开灯,还是两束光线向相反方向照射,光的速度就是光速,恒定不变 。

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