两艘0.6倍光速的飞船,相对飞行,它们相对速度能否超越光速?

没有静止质量的物质以光速运行,比如光子,又比如电磁波。

光速就是宇宙中最快的速度。而拥有静止质量的物质,不论质量大小,都无法达到光速。只要通过质能方程进行简单的计算就可以切身领略其中的缘由。有质量的物体随着运动速度的增加,惯性质量会随之提升,而惯性质量就等效于引力质量,质量增大了,继续加速所需要的能量也就随之增大,而随着速度接近于光速,物体的质量会趋近于无穷大,而继续加速所需要的能量也就趋近于无穷大。

在宇宙间无法获得无穷大的能量,所以自然也就不可能把一个具有静止质量的物体加速到光速。光速不可超越,可如果我们能够制造两艘0.6倍光速的飞船,让它们相对飞行,它们的相对速度是否能够超越光速呢?

一道数学题

有两艘0.6倍光速的飞船相对飞行,它们的相对速度是多少?这似乎是一道非常简单的数学题,0.6+0.6=1.2,答案就是1.2倍光速。这个计算方法似乎没有错,但是得出的结果却是令人惊讶的,众所周知光速不可超越,为什么会得出一个1.2倍光速的答案呢?其实问题还是出在计算上。

如果是在宏观低速环境之下,两辆自行车或者汽车的相对行驶,的确可以使用这种简单的加法来进行计算,但如果速度达到了0.6倍光速,问题就截然不同了。0.6倍光速飞行的飞船并不属于宏观低速环境,所以不能使用经典物理对于速度的认知来进行计算,本质上这是一个相对论问题,而当我们将这个问题带入到相对论公式之中,便能够得出截然不同的计算结果。

首先,给出计算相关问题的相对论公式:V’=V-U/1-VU/C∧2。

在这个公式之中,等号左边的V’代表的是两艘飞船的相对速度,也就是我们所要求的答案。在等号的右边,V代表了第一艘飞船相对于地球的速率,而U代表了第二艘飞船相对于地球的速率,C是恒定不变的光速,显然,按照这个公式最终求得的数据并没有超越光速。

而且有趣的是,不论我们将两艘飞船的速度如何更改,所得的结果都不会超越光速,比如我们将两艘飞船的速度提高到0.8倍光速,那么所得的结果也不过是0.98倍光速,甚至于我们将两艘飞船的速度都提高到0.99倍光速,所得的结果仍然不足1倍光速,我们知道,相对论公式所得出的结果是正确的,光速不可超越。

恒定不变的光速

为什么两艘速度为0.6倍光速的飞船相对飞行,它们的相对速度却没有超过光速呢?这还要从光速恒定不变说起。光速恒定不变是一个已经被实验证实的事实,而证实光速恒定不变的实验就是著名的迈克尔逊莫雷实验。光速在任何一个方向上都是恒定的,而且光速相对于任何参考系而言都是恒定不变的。

举例,我们在一辆行驶的列车上向行驶的方向打开手电筒,此时手电筒中发出的光相对于列车而言,速度是每秒299792458米。还是这个手电筒中所照射出的光,相对于铁道旁一个静止的观察者而言,它的速度依然是每秒299792458米,而并不是299792458加上列车的行驶速度。为什么会这样呢?因为列车在高速运动中,列车上的时间流逝速度变慢了。

列车上的时间流逝速度虽然变慢了,但由于列车本身的行驶速度太慢,所以时间流逝速度的变化不易察觉。

如果我们能够乘上一艘十分之一光速的飞船,那么便能够清晰地感觉到飞船内时间与飞船外时间流逝速度的差距。现在我们虽然无法制造十分之一光速的宇宙飞船,但是利用高速运动的轻子所进行的钟慢效应实验已经充分证明了这一点。

现在,我们可以回到刚才的问题上来了,两艘飞船的速度的确都是0.6倍光速,表面上看起来似乎相对速度的确应该是1.2倍光速,但相对论公式计算所得出的结果却并没有超过一倍光速,原因就在于飞船上的时间流逝速度变慢了,而飞船的飞行速度越快,其时间流逝速度就越慢,所以即使两艘飞船都达到了0.99倍光速,相对速度仍然无法达到1倍光速。

(0)

相关推荐