当然不会超光速。所有认为发生了超光速的人,都是以伽利略变换在解这道题。而世界上所有针对光速的问题,目前都只是在相对论的框架下进行解释,也就是要运用洛伦兹变换来解题。
什么是伽利略变换?
伽利略变换,是建立在绝对时空观上的一种速度求解方式。
简单来说就是,绝对速度=相对速度+牵引速度。
这个方程是一个矢量方程。什么意思呢?
打个比方,比如人在车上走,人相对于地面的绝对速度,就应该是相对于车子的速度,加上车相对于地面的速度。
即如果人与车是同向,那么上面的方程里,人的速度和车的速度就应该相加。如果人与车的方向是相反的,那上面方程里,人的速度与车的速度就应该相减。
以伽利略变换思路解题,问题里的手电筒的速度就是牵引速度,射出的光相对于手电筒速度为光速,所以得出相对于地面,射出的光似乎应该是超光速。这其实是绝对时空观下,得出的结论。
也是大多数不熟悉相对论的人,惯用的思考方式。
造成这样的原因,其实是因为伽利略变换是牛顿力学的数学基础,而我们从小都在学习牛顿定律,这造成了一种根深蒂固的惯性思维,基于伽利略变换建立起来速度理解。
因为太熟悉了,所以一旦遇到运动问题,我们都会下意识地,运用伽利略变换来思考。
而根据狭义相对论,其中一条最重要的结论就是,光的速度与光源的运动无关。
也就说,一束发光的手电筒,如果被抛出去,射出去的光不会因为手电筒光源产生了一个速度,而变成超光速。
光速不变的本质其实就是,时空产生了变化,时间与空间产生了畸变。我们记住这个结论运用就是了。
而之所以得出这个结论,则是通过洛伦兹变换推导出来的。
荷兰物理学家亨德里克·洛伦兹1904年提出的洛伦兹变换,本来是用于调和19世纪经典电动力学与牛顿力学之间的矛盾,而后来被爱因斯坦发现,作为了狭义相对论的数学基础。
打破了牛顿建立起来的绝对时空观,提出了相对时空观。
在狭义相对论的体系下,光速可以看成一把测量时空的尺子。这个尺子是不会变的,变的是我们对于时空的感知。
我们最熟悉的就是“光速不变”。
所以从某种意义上来说,爱因斯坦的相对论,可以理解为光的绝对论。
所以,这个题的答案很简单,光速不变,还是30万公里/秒。
关于速度问题,能用洛伦兹变换替代伽利略变换吗?
能,但伽利略变换永远不会被淘汰,就像牛顿定律我们还在用一样。
因为,我们本身生活在一个低速环境中,而在这样的环境中,运用伽利略变换和运用洛伦兹变换得来的解,其差值完全可以忽略不计。
而伽利略变换计算十分简单,更方便易用。
而看看下面洛伦兹变换的公式,一定头都大了。日常应用如果用它来计算,是一件很麻烦的事。
所有的公式、理论方便易用,才是最有实用价值的。
而只有在解释宇宙天体运动时,往往就不能运用伽利略变换了,而只能运用以洛伦兹变换为基础的相对论。因为宇宙中的天体们,都处于高速运动中。
结论
伽利略变换与洛伦兹变换并不矛盾。只是一个适用于低速条件,一个适用于高速条件下。
伽利略变换是洛伦兹变换的简化版,牛顿定律的所有解,也都是相对论的近似解。
在运动不超过光速的十分之一时,用伽利略变换就行了。而一旦速度超过了光速的十分之一,就不得不考虑相对效应,就必须使用洛伦兹变换。
当然所有涉及光速的脑洞问题,都必须以洛伦兹变换来计算, 也就是必须遵循相对论的解题思路。
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