快好知 kuaihz

如果一个小孩在光速的列车上奔跑,是不是就...

麦克斯韦的电磁理论预言了光速是一个定值,迈克尔逊莫雷实验从另一个角度验证了光速是不变的,1905年,爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》一文,这也就是后来我们所说的狭义相对论。在该论文中,光速不变、光速不可超越。

什么是光速不可超越呢?

简单点说,你如果想通过加速让一个有静质量的物体达到光速,这是不可能的事情,即便你耗费整个宇宙的能量也无法完成加速任务。不仅如此,一切物质、信息、能量的传播都无法超越光速光速是一个极限值。目前已知的可以达到光速的有:引力波的传播、电磁波的传播、引力相互作用。唯一的被认为是超越光速的是:宇宙膨胀的速度,但是宇宙膨胀是空间整体的膨胀,与相对论并不冲突。

所以存在一列速度达到光速的列车吗?显然不存在,但这并不妨碍解答这道题。我们可以做个思想实验,假设一列火车的速度光速Vc,一个小孩沿着列车的运动方向在车厢里跑,速度为w,那么这个小孩的速度是否超光速了呢?

按照经典的牛顿理论,在经典低速的物理框架内,速度可以进行简单的叠加,也就是伽利略变换,因此这个小孩的速度是Vc+w,显然超光速了。

但事实不是这样,由于光速的列车不满足经典低速的物理框架,所以不能用之前牛顿理论中的伽利略变换了,而改用洛伦兹变换,速度的求法如下图所示:

在这个公式中,无论小孩的速度有多快,哪怕小孩的速度也达到了光速,得出来的结果都是小于等于光速的。

相似的问题还有:当两个人以相反的方向奔跑,且各自的速度都是光速的90%,那么这两个人的相对速度是否超光速了呢?

有兴趣的朋友可以将数值代入公式中计算一下,得出来的结果是99.44%光速,也没有超越光速,但是如果按照牛顿理论经典低速的物理框架来处理的话,得到的结果会是180%光速。为什么两个数据差别那么大呢?这就是高速运动的物体带来的相对论效应了。究竟什么是低速,什么是高速呢?一般来讲,低于光速的10%是低速,高于光速的10%是高速,因为此时相对论效应已经开始明显了,随着速度的进一步提高,效应会更加明显。

文/科学船坞

本站资源来自互联网,仅供学习,如有侵权,请通知删除,敬请谅解!
搜索建议:光速  光速词条  奔跑  奔跑词条  列车  列车词条  小孩  小孩词条  是不是  是不是词条