如果把一个手电筒扔出去,手电筒的光超过光速了吗?

上学时我们都学过相对速度,用公式简单表示就是V=V1+V2(或V1-V2),实际上这就是伽利略变换,利用这个变换进行简单的速度叠加来计算相对速度。

如果把一个手电筒扔出去,手电筒的光超过光速了吗?

什么是伽利略变换?简单讲,就是以绝对时空观为基础的速度叠加方式,也就是:绝对速度等于相对速度加上牵引速度(实际上也是上面的公式)。

举个简单的例子,你坐在火车上在车厢中行走,你相对地面的速度就是火车的速度加上(或减去)你行走的速度。

按照伽利略变换的计算方式,扔出去的手电筒发出的光的速度肯定是超光速了(相对地面)。

难道相对论错了吗?相对论强调没有任何物体的速度可以超越光速。

非也,伽利略变换是建立在绝对时空观基础上得出的结论,而我们生活的时空是相对的,并非绝对的。

伽利略变换只适用于低速世界,而一旦速度达到光速或者亚光速,就必须用更精确的洛伦兹变换才行。

说白了,伽利略变换其实只是洛伦兹变换在低速情况下的特例,是近似值。而我们日常生活中体验到的速度与光速相比太微不足道了,完全可以忽略不计,所以伽利略变换仍旧适用。

如果把一个手电筒扔出去,手电筒的光超过光速了吗?

什么是洛伦兹变换?

洛伦兹变换是由洛伦兹在20世纪初提出来的,目的就是为了调和经典电动力学与牛顿力学之间的矛盾,后来被爱因斯坦用来作为狭义相对论的数学基础(实际上当时的洛伦兹已经无限接近狭义相对论了,只不过他不肯放弃牛顿的绝对时空观)。

洛伦兹变换公式如下:

如果把一个手电筒扔出去,手电筒的光超过光速了吗?

可以看出,如果V1和V2非常小(低速状态),公式中的分母就等同于1,那么公式就变成V=V1+V2,也就是伽利略变换。

上面的公式中,无论V1和V2是多少,最终的结果V都不可能超过光速。

由此看来,伽利略变换与洛伦兹变换并不矛盾,只是使用环境不一样,一个适用于低速世界,一个适用于高速世界。

说得更直白点,牛顿经典力学其实就是爱因斯坦相对论的特例,近似值。只不过这个近似值在低速世界的误差非常小,大多数时候都可以忽略不计。一般速度不超过光速的十分之一,就没有必要考虑相对效应。

如果把一个手电筒扔出去,手电筒的光超过光速了吗?

这也是为什么在当今社会,同时我们日常生活的仍旧是牛顿经典力学,因为我们很难脱离低速世界。如果非要追求精确度,用爱因斯坦的相对论描述我们的日常生活,反而会非常麻烦,没有任何必要。

就像在求解有关圆周率的方程时,通常情况下3.14已经足够精确了,非要再精确到3.14后面十位数,就没有必要了,那样做反而带来更多麻烦!

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