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有人认为,在光速飞船里跑步就大于光速,凭啥说光速不可突破呢?

爱因斯坦说了光速最快,还说了光速不变。

光速最快是指光速是我们这个世界上最快的速度,没有任何物质运动能够超过它。这个物质运动是指有静止质量的物质,何谓静止质量?就是物质不动的质量。任何物质在运动时都有动质量,光子的静质量为零,所以它的运动达到光速,但光子也有动质量,而且不是一个常数,与能量有关。

能量越大时,光子的动质量就越大,反之越小。光子的能量与波长和频率有关,波长越长频率越低能量越小,动质量就越小,反之越大。

但光子有能量有动质量,速度却是恒定的。也就是说,光速在任何情况下观察起来都是一个常数,也就是每秒299792458m(米),一般取约30万km(千米)。这种任何情况下包括两束光相对射过来的叠加速度,在光速飞船上射出一束光的叠加速度。

经典力学对速度叠加采用的是伽利略变换

在普通常识中,这种速度应该是两束光的叠加速度,是最快的速度了,而所谓在一个光速飞船中跑步是不是超光速,与这两种速度就完全无可比性了。两束光的叠加都超不了光速,何况跑步,还是在飞船里面?

为什么会这样呢?原来爱因斯坦所有的理论都是建立在光速极限和光速恒定基础上的,光速极限就是这个世界上没有任何物质运动能够达到这个速度,更别说超越;光速恒定就是光速在真空中的速度任何时候都是恒定的。

这似乎打破了人们日常认知,的确是这样。就连牛顿也认为是这样,1+1=2这就是个常识,因此牛顿的理论就是建立在这个基础上的,这个基础就是伽利略变换,表达式为:V'=V+U,也就是两个物体相向运动或者叠加运动,得到的结果是两个速度的简单和,也就是前面说的1+1=2。

相对论克服了经典力学的错误

这种变换是经典力学里面两个相对均速移动参考系之间的变换方法,经典力学的基础是绝对时空观,因此只适用于假定宇宙时空是绝对的,精确的描述;但事实上并非如此,后来人们发现,宇宙时空是相对的,运动的,在不同参考系时空是不一样的。

因此伽利略变换得到的结果只是相对的,近似的,只适用于低速系,到达接近光速的高速系,其错误就越来越大。19世纪末,由于电磁学等一系列重大新发现,许多新的观测和实验同经典力学理论发生越来越多的矛盾,偏差越来越大,科学研究出现了前所未有的危机。

爱因斯坦正是基于对这些矛盾的思考,创立了相对论,从而揭示了时空、物质、运动之间本质上的统一性,通过一系列理论解决了这些矛盾,建立了现代物理学的基础,从而对这个世界描述更精确,了解更深刻,全面推进了科学和文明的进步。

从此后,电磁、核能、信息、航天等一系列现代科技飞速发展。

相对论速度叠加采用洛伦兹变换

在高速系里描述运动,尤其是描述光速,相对论根据不同参考系时空的相对性原理,采用的是洛伦兹变换,其表达式为:V=(V1+V2)/(1+V1xV2/C^2)。其中V为物体叠加速度,V1、V2为两个运动源速度,C为光速。

伽利略变换和洛伦兹变换表达式看起来很简单,其实是有一个很复杂的推导过程。如洛伦兹变换推导过程为(下图):

这个就不解释了。洛伦兹变换的经典解释引用如下:

洛伦兹变换(Lorentz transformation)是狭义相对论中两个作相对匀速运动的惯性参考系(S和S′)之间的坐标变换,是观测者在不同惯性参考系之间对物理量进行测量时所进行的转换关系,在数学上表现为一套方程组。洛伦兹变换因其创立者――荷兰物理学家H・洛伦兹而得名。洛伦兹变换最初用来调和19世纪建立起来的经典电动力学同牛顿力学之间的矛盾,后来成为狭义相对论中的基本方程组。

这个洛伦兹变换表达式就是爱因斯坦光速极限,光速无法超越,光速恒定的理论基础,因此这个公式就是光速恒定公式。各位可用这个公式计算一下,就知道即便是两倍光速叠加,得到的结果还是光速。有人可能认为这只是数学游戏,实际上并非如此。

但爱因斯坦相对论已经发表100多年了,有许多质疑者(指严谨科学家质疑者)最终都不得不服了,所有的观测和验证都符合这个公式,没有一例反证能够证伪相对性原理。当然那些连基本理论都不知道,就想拍脑袋推翻相对论的人,就更荒唐可笑的了,根本不值一提。

这就是光速不变的原理,欢迎讨论,感谢阅读。

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