將一個手電筒打開並扔出去,手電筒里的光超越光速了嗎,為什麼?

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熱心網友回答 (15)

  • 趴趴豬

    2019-07-22 17:25

    超光速沒那麼容易,不是隨便扔個開著的手電筒就能辦到的。雖然飛出去的手電筒有著一定的速度,但是光速並不會疊加手電筒的速度,因此這束光仍然是保持光速不變。

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    愛因斯坦的狹義相對論建立在兩個基本原理上,分別為:光速不變原理和狹義相對性原理。其中光速不變原理規定了真空中的光速,在任意慣性參考系下數值保持不變。如果利用幾何語言來說明光速不變則更為簡明,光的世界線永遠是類光曲線,這個結論在狹義相對論或廣義相對論中都成立。

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    就題目中的問題來說,我們這個事件是發生在平直時空里的(地球完全可以近似為慣性系,或者乾脆認為這個事件發生在極其空蕩的宇宙空間中,附近不存在任何天體),因此狹義相對論可以很好的解釋這個問題。

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    比如說這個手電筒在你面前作勻速直線運動,然後順著運動方向上射出一束光線,那麼這束光的速度相對於你來說是多少呢?答案很簡單,根據光速不變原理,光速在任意慣性系中都是相同的,或者說光走的是類光曲線,因此光的速度仍舊是大約每秒30萬公里。

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    實際上狹義相對論中存在一個速度變換式,可以清晰的得到任意物體在某個慣性系下的速度,見上圖,由於具備靜止質量的物體速度不能達到光速,因此這個式子通過一些簡單的數學證明,就能知道得到的最大速度並不能超過光速。

    期待您的點評和關注哦!

  • 2097493245962955

    2019-07-21 20:26

    當然不會超光速。所有認為發生了超光速的人,都是以伽利略變換在解這道題。而世界上所有針對光速的問題,目前都只是在相對論的框架下進行解釋,也就是要運用洛倫茲變換來解題。

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    什麼是伽利略變換?

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    伽利略變換,是建立在絕對時空觀上的一種速度求解方式。

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    簡單來說就是,絕對速度=相對速度+牽引速度。

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    這個方程是一個矢量方程。什麼意思呢?

    打個比方,比如人在車上走,人相對於地面的絕對速度,就應該是相對於車子的速度,加上車相對於地面的速度。

    即如果人與車是同向,那麼上面的方程里,人的速度和車的速度就應該相加。如果人與車的方向是相反的,那上面方程里,人的速度與車的速度就應該相減。

    以伽利略變換思路解題,問題里的手電筒的速度就是牽引速度,射出的光相對於手電筒速度為光速,所以得出相對於地面,射出的光似乎應該是超光速。這其實是絕對時空觀下,得出的結論。

    也是大多數不熟悉相對論的人,慣用的思考方式。

    造成這樣的原因,其實是因為伽利略變換是牛頓力學的數學基礎,而我們從小都在學習牛頓定律,這造成了一種根深蒂固的慣性思維,基於伽利略變換建立起來速度理解。

    因為太熟悉了,所以一旦遇到運動問題,我們都會下意識地,運用伽利略變換來思考。

    而根據狹義相對論,其中一條最重要的結論就是,光的速度與光源的運動無關。

    也就說,一束髮光的手電筒,如果被拋出去,射出去的光不會因為手電筒光源產生了一個速度,而變成超光速。

    光速不變的本質其實就是,時空產生了變化,時間與空間產生了畸變。我們記住這個結論運用就是了。

    而之所以得出這個結論,則是通過洛倫茲變換推導出來的。

    荷蘭物理學家亨德里克·洛倫茲1904年提出的洛倫茲變換,本來是用於調和19世紀經典電動力學與牛頓力學之間的矛盾,而後來被愛因斯坦發現,作為了狹義相對論的數學基礎。

    打破了牛頓建立起來的絕對時空觀,提出了相對時空觀。

    在狹義相對論的體系下,光速可以看成一把測量時空的尺子。這個尺子是不會變的,變的是我們對於時空的感知。

    我們最熟悉的就是「光速不變」。

    所以從某種意義上來說,愛因斯坦的相對論,可以理解為光的絕對論。

    所以,這個題的答案很簡單,光速不變,還是30萬公里/秒。

    關於速度問題,能用洛倫茲變換替代伽利略變換嗎?

    能,但伽利略變換永遠不會被淘汰,就像牛頓定律我們還在用一樣。

    因為,我們本身生活在一個低速環境中,而在這樣的環境中,運用伽利略變換和運用洛倫茲變換得來的解,其差值完全可以忽略不計。

    而伽利略變換計算十分簡單,更方便易用。

    而看看下面洛倫茲變換的公式,一定頭都大了。日常應用如果用它來計算,是一件很麻煩的事。

    所有的公式、理論方便易用,才是最有實用價值的。

    而只有在解釋宇宙天體運動時,往往就不能運用伽利略變換了,而只能運用以洛倫茲變換為基礎的相對論。因為宇宙中的天體們,都處於高速運動中。

    結論

    伽利略變換與洛倫茲變換並不矛盾。只是一個適用於低速條件,一個適用於高速條件下。

    伽利略變換是洛倫茲變換的簡化版,牛頓定律的所有解,也都是相對論的近似解。

    在運動不超過光速的十分之一時,用伽利略變換就行了。而一旦速度超過了光速的十分之一,就不得不考慮相對效應,就必須使用洛倫茲變換。

    當然所有涉及光速的腦洞問題,都必須以洛倫茲變換來計算, 也就是必須遵循相對論的解題思路。

  • 雲里霧裡

    2019-07-21 23:16

    光速的絕對速度目前理論上認為是不變的。。

    就好像你走路速度是5公里/小時,你在火車上走路依然是這個速度,不會因為你在火車上你的走路速度就快了。。

    但是,相對速度,以現在人類的技術沒法去驗證相對速度適不適用於光傳播。。

    但是,我認為這是肯定的。。

    假如有一群人,處在離地球2萬光年的地方,他們要看到地球此刻的光,要等2萬年。。如果他們中有一個人乘坐速度為1/2光速的飛行器往地球飛,那麼他會提前5000年看到地球此刻的光。。。。。所以,論相對速度,他超光速了,或者說光對於他來說是超光速了。

    電筒拋出去,相對速度是肯定超光速了的,只是這個量對於光速來說根本就忽略不計。。。

    但是,絕對速度,你沒有超光速。。

    其實我們時時刻刻都處於相對超光速狀態,同時,也時時刻刻處於延遲狀態。。。這才是世界的本來面貌。。。如果我們既不超光速又不延遲,那世界該是靜止的。。。

  • 心已枯

    2019-07-21 17:43

    謝邀!

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     首先,光是變化的電磁場,它的運動速度與其所在的空間位置上的性質有關。在真空中,光相對光源速度恆定;而在介質中,則光速由介質的性質和狀態決定。

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     其次,由於運動速度的大小與方向是相對的。因此,光速不僅與其所在空間位置上的性質有關,也與測量裝置的運動狀態有關。也就是說,在真空中,光速雖然相對光源速度恆定。但當測量裝置相對光源運動時,實測到的光速也會不同;而在介質中,則除了與介質的性質與狀態有關外,也與測量裝置相對介質的運動狀態有關。就像聲波在大氣層內速度約為350米/秒,但測量裝置在大氣層內相對聲源運動時,實測到的聲帶也將不同。對於光速也一樣。

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     回到題主的問題上,則也應從兩種空間性質和兩種觀測狀態來分析:

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     1、當手電筒射出的光在大氣層內運動時,其速度相對大氣層速度基本恆定,無論你把手電筒扔出去的速度是多快。就像超音速飛行的飛機產生的聲波速度仍相對大氣層恆定一樣;

    https://i1.ask543.net/uploads/e2/24/7/1e073000803f24ab97175.jpg

     2、當手電筒射出的光在大氣層內運動,而測量裝置也在大氣層內運動時,則測量到的光速應遵循經典物理學的速度疊加原理:當測量裝置朝光源運動時,光速高於光在大氣層內的速度.反之,就低於光在大氣層內的速度。

     3、當手電筒在真空中時,則其射出的光相對手電筒速度恆定。

     4、當手電筒在真空中時,扔出去的手電筒產生的光相對不動的測量裝置來說,其光速會增加並超過相對靜止時的光速。

     關於光速的其他方面的問題,可參閱本人的以下文章:

  • 3378353691

    2019-07-21 19:32

    不會超光速,因為根據愛因斯坦的光速恆定理論,通俗的講就是在火箭上綁兩個手電筒,一個順著火箭,一個逆著火箭,部分人可能,認為這兩個手電筒的射出的光線速度不同,一個是光速+火箭速度,一個光速-火箭速度,但實際是,兩個光速是一樣的。無論火箭怎麼飛,光速都一樣。

  • 57846468561

    2019-07-20 15:21

    不會,這個實驗在100多年前就驗證過了,利用干涉原理,驗證了公轉迎著太陽運動方向上的光速和垂直於公轉運動方向上的光速相同,證明了光速不應參照系相對速度變化而變化。參見邁克爾遜-莫雷實驗。

  • 91500728153

    2019-07-20 16:14

    你知道的速度疊加公式是圖片中上面的那個,本來就是簡化過的。精確的是下面的那個。

    https://i1.ask543.net/uploads/34/7c/2/tos.jpg

  • 喜歡美食的我

    2019-07-20 19:05

    我也提問一下:兩個電筒對照,是不是光速為零了?[大笑][大笑][大笑]

  • 大王Ava

    2019-07-22 20:11

    別做夢了!主流認為能量是一份份存在的!說的白點就是避免超光速思想實驗驗證!是不是有點刷懶的成份存在!哈哈

  • 江小榆先生

    2019-07-21 22:39

    光速1秒鐘30萬公里,打開手電筒光柱可能走不到1秒鐘光速的距離就沒有了光,就像人扔石頭只能到一定程度落地就沒有了。將一個手電筒打開,光的運動原點已經確定,扔出去手電筒沒有改變光的運動起始原點。物體在單位時間內通過的路程的多少,叫做速度。對於事物的速度確定,首先需要確定測試的起點,例如對一列正在勻速直線行駛的火車,首先需要將計時鐘對應於火車所處的位置作為起點,過1小時火車通過的距離即為時速。在手電筒發出的光,也就是說在發光的那時原點就被確定了,過一秒鐘光通過的距離稱秒速。說句實話,我並不知道手電筒的光速是多少,因為手電筒的可見光照明距離很近,光速1秒30萬公里,可以繞地球7圈半,手電筒

  • 連刀登

    2019-07-22 11:16

    不會,摔爛了。

  • 3164839177

    2019-07-20 17:02

    沒有超越光速

    因為光速已經是最大的速度單位了,理論上的速度極限。根據愛因斯坦的相對論,物體的運動速度是不能超過光速的。根據E=Mc^2,物體的質量與能量有著密切的關係。所以沒有超光速這個說法。

  • 55088953924

    2019-07-20 20:29

    把手電筒掛在飛機上,手電筒的光速不變

  • 啜苦咽甘茶也

    2019-07-20 20:38

    現實中相對的速度光速已經是極限。你想法特別,其實用一個超高速電機固定一個光源,開起光源用超高速電速高速旋轉再試一下,可能有想像不到的意外發生。

  • 23003713839

    2019-07-21 05:03

    光速是宇宙中最快的,不能被超越