首页 › 世界奇闻› 宇宙探索

光速为何不能被超越？给你最浅显易懂的回答！

发布者：沙流水随 2023-4-20 11:47

光速不可超越，是爱因斯坦狭义相对论中的核心思想之一。

但我们需要注意的是，狭义相对论中的光速限制是有前提条件的，并不是说光速是绝对不能超越的。

具体来讲，在惯性系中，任何信息的传播速度都不可能超过光速，这里的信息包括任何物体的飞行速度，毕竟物体也属于信息的范畴。

注意，这里有两点：惯性系和信息传播速度。狭义相对论的一个前提条件就是必须是惯性系。

何为惯性系？简单来讲，加速度为零的参照系，或者说如果你相对一个参照系静止或者匀速直线运动，那么这个参照系就是你的惯性系。

通常我们认为地球就是惯性系，虽然地球在做圆周运动，但我们仍可以把它视为惯性系。毕竟地球的圆周运动是在更大的尺度上进行的，对我们几乎没有影响。

也就是说，在惯性系中，任何信息的传播速度都无法超越光速。言外之意，在非惯性系中，速度是可超越光速的。

举个例子，科学家经常通过大型粒子对撞机来寻找更小的微观粒子，主要方法就是让两个微观粒子以非常接近光速的速度碰撞。

比如说，微观粒子的速度达到0.9倍光速，那么两者的相对速度就是1.8倍光速，这不是超过光速了吗？

确实超光速了，但并没有违反爱因斯坦的狭义相对论，因为1.8倍光速只是微观粒子的相对运动速度，并不是相对某个惯性系的速度。如果相对地球这个惯性系，微观粒子的速度无论如何是不可能超光速的。

再举个例子，假设一艘飞船以光速C飞行，先别管到底能不能达到光速，这里只是假设。你在飞船上以速度V奔跑。我静止在地面上。

那么在我眼里，你的速度是多少呢？是不是飞船速度加上你奔跑的速度，也就是C+V呢？

并不是，你的速度仍旧是光速，而不是光速+飞船的速度。

因为“我”就是一个惯性系，在这个惯性系下，不管任何两个速度如何叠加，最终的速度都不可能超过光速。这其实就是爱因斯坦狭义相对论关于“光速是速度极限”的直接体现。

狭义相对论的核心是什么？

光速不变原理和相对性原理！狭义相对论也正是以这两大基本公设为前提建立起来的，其中相对性原理强调的就是惯性系，很多人经常忽略这一点。除了惯性系，还有很重要的一点就是光速不变原理。

何为光速不变？

之前的科普文章说了很多了，这里就不再啰嗦了。简单讲就是光速是绝对的，光速不需要任何参照系，或者说在任何参照系下，光速都保持绝对不变。

用数学方式理解就是：光速与任何速度叠加之后仍旧是光速。光速的这种“霸道”行为意味着，无论你以多快的速度追赶一束光，这束光在你眼里的速度仍旧是光速。哪怕你的速度达到了99%光速，不要以为你很快就能与光并驾齐驱了，事实上光仍旧会以光速把你瞬间甩在身后。

下面举个例子来看看你是否真的明白了光速不变原理。

我打开一个手电筒，在手电筒发光的同时，你和发出的光同时飞行，你的飞行速度是光速的一半，也就是0.5倍光速。

假设我看到手电筒的光飞行了两公里，那么你飞行的距离就是一公里。由于光速是不变的，在你眼里，手电筒的光同样飞行了两公里。

那么，在我眼里，你看到的手电筒的光飞了多远呢？还是两公里吗？

并不是，因为参照系改变了。在我眼里，你和手电筒的光都有具体速度，你们的相对速度为0.5倍光速，所以你会看到手电筒的光飞行了公里，而不是两公里。

而由于光速是不变的，意味着在两公里除以我的时间，也就等于一公里除以你的时间，两者的结果都是光速。

能够看出，我的时间比你的时间变快了，你的时间变慢了，也就是时间膨胀了！

当然，上面举的例子只是通俗的解读，方便我们理解光速不变原理和时间膨胀原理，其实是不严谨的，但并不影响普通的科学理解认知。

不同的参照系就会得到不同的答案，这也是为什么叫“相对论”的主要原因，因为世界上根本就不存在绝对的参照系，一百多年前一度被认为绝对参照系的“以太”早就被否定了。

在狭义相对论体系下，所有的惯性系都是等价的，当然也是平等的，所有的物理定律都适用。所以在分析问题时，我们只需要分析一个惯性系就可以了，没有必要把所有惯性系都分析出来。比如说著名的双生子佯谬，无论从哥哥还是弟弟的参照系分析，结果都是一样的。

还有刚才的例子，我一直用“我”这个参照系分析问题，当然你也可以用自己的参照系在分析一遍，但结果仍旧不会有什么不同，感兴趣的话可以自己尝试分析一下。

阿尔伯特·爱因斯坦地球相对论物理

上一篇：#宇宙探索

下一篇：银河系中心极其明亮，那里到底有什么在发光？

大家都在看

精妙绝伦的宇宙探索未解之谜 6个精妙绝伦的宇宙未解之谜，颠覆认知的星际谜题至今无解！宇宙浩瀚如穹顶，藏着无数超越想象的奥秘。从神秘的暗物质到诡异的黑洞奇点，从外星文明的猜想 to 宇宙的终极命运，这些未解之谜既牵动着科学家的探索神经 ... 宇宙探索12-03
用我们能读得懂的语言走进宇宙前沿知识——引力的了解和探索之中在人类探索宇宙的漫长历史中，我们逐渐掌握了更多宇宙的秘密，宇宙的运行规则最终被归结为四种力，它们都非常神秘，难以理解，是宇宙探索的最前沿理论。而它们之中，引力与我们最为接近，也最容易被我们理解。它既是 ... 宇宙探索12-02
【标题】天文与宇宙探索带你走进神秘的星空世界，揭开宇宙的秘密嘿，朋友们！你有没有想过，天上的那些星星到底藏着什么秘密？为什么我们能看到那么多星座？人类又是怎么一步步走进浩瀚宇宙的？今天就带你深入了解一下天文和宇宙探索的那些事，让你对星空有更酷、更震撼的认识！说 ... 宇宙探索12-02
70年后人类如何探索宇宙？中国科技馆“筑梦星球”展提供科幻答案中新网北京12月1日电 (记者孙自法)70年之后，人类会取得哪些重大科技突破？人们将如何进一步探索和利用宇宙空间？……中国科技馆最新推出的“筑梦星球”科幻主题展览，为这些问题准备了答案。最新推出的“筑梦星球 ... 宇宙探索12-02
从1912到2025，宇宙射线起源探索终突破，中国观测站功不可没本文内容均是根据权威材料，结合个人观点撰写的原创内容，辛苦各位看官支持。2025年11月，四川稻城亚丁海拔4410米的高原上，LHAASO观测站的探测器突然记录到一串异常数据。这个由数千个闪烁体和水切伦科夫探测器组成 ... 宇宙探索11-30
无限与樊笼：论宇宙探索中的人类认知边界文/星火燎原在浩渺无垠的宇宙长河中，我们所在的银河系，是一个拥有数千亿颗恒星、横跨十万光年的宏伟天体系统。在其旋臂之上，我们的太阳、我们的地球，不过是这亿万分之一的微光。在人类有限的感知中，银河系的尺 ... 宇宙探索11-29
地球存在如此多威胁人类的问题，为什么还要投资探索宇宙呢？当森林大火吞噬加州社区、气候变化威胁全球稳定、流行病挑战公共卫生体系时,质疑天文学研究价值的声音显得合情合理。毕竟,在2025年1月的加州山火中,损失超过2500亿美元,而美国林务局的年度预算却不足100亿美元。在这 ... 宇宙探索11-29
中国航天再破局！卫星天团探索宇宙，千年谜题即将揭晓哈喽大家好，今天小无带大家聊聊最近全网沸腾的航天大动作！2025年11月24日下午，北京怀柔科学城一场发布会直接把全网炸翻了！没有流量明星，没有花边新闻，就靠一个十五五太空探源科学卫星计划，网友们的留言直接刷 ... 宇宙探索11-28
中国“太空天团”将出征！四颗卫星开启宇宙终极探索之旅当你仰望星空，是否好奇宇宙如何诞生、地球是否孤独、黑洞真面目究竟是什么？我国“十五五”期间（2026-2030）将发射四颗卫星，直击这些人类的终极疑问。在宇宙探索的征程上，中国正迈出震撼一步。“鸿蒙计划”卫星 ... 宇宙探索11-27
宇宙有多大：探索无垠星海的奥秘在我们仰望星空的那一刻，常常会被浩瀚的宇宙所震撼。无数的星星闪烁着微弱的光芒，似乎在诉说着古老而神秘的故事。然而，宇宙的真正规模和奥秘，却远远超出了我们的想象。本文将带你走进宇宙的浩瀚，探索它的大小、 ... 宇宙探索11-24

相关文章

热门阅读

精选文章