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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

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