光速是不是无法超越的(为什么说光速不能被超越)

尽量浅显一点!

光速不能被超越最先,可以说是实验发现的。

光速是不是无法超越的(为什么说光速不能被超越)(1)

我们知道太阳在发出光,为了好类比,就像一个加特林,在发射子弹。我们可以当做太阳在发射子弹。

我们知道地球是自转的,你站在赤道上,日出的时候,你实际是在朝着太阳运动,日落的时候你在远离太阳运动。

如果是子弹,你朝着加特林运动,显然子弹相对你变快了,反之你会感觉子弹变慢了。追击相遇问题,小明追小红。这个你应该可以理解吧。

那么把子弹换成光子(说光子比光波更好理解)你朝着光子走,就会发现光子变快了,反之光子会变慢。。。。。。。(好像说得通,但是我们从来没听谁说过,光相对什么什么的速度。这么说好像,,,有点奇怪。)

其实,上个世纪初,上面说的这个实验就做过了,结果发现:

两面测到的光速是一样的。

两面测到的光速是一样的。

两面测到的光速是一样的。

奇怪了!是不是子弹的比喻有问题?我们换成声波,毕竟光除了粒子还有波的特点。

在空气中,放一个喇叭,我背对喇叭跑,跑得越快,声音相对我越慢。等我跑到和音速相等了,音速就相对于我静止了,每错,一个声音会在我后面一直追我,永远追不上。

这个实验非常有趣,你想想,地球在宇宙中一直运动,如果这个把地球看做一个人,地球向前运动,前面的光速就会变快,后面的光就会变慢,我们就能测量出地球相对宇宙的某种绝对坐标系的速度,是不是很激动!!!!这个坐标系我们暂时叫“以太”。(请尽情吐槽)

这个实验如果换成光做你会发现:

光相对你的速度完全不会变!

光相对你的速度怎么都不会变!

光相对你的速度就是不会变!

真是B了狗了!一定是我们的实验工具出了问题!实际上1900年的人也做是这么想的。

就在这个时候,一个“专利局的职员”写了篇论文。

既然你们发现怎么测光速都不变,那么我就假设光速在任何速度的参考系中都不变!

我发射一个光子,在我看来他的速度是光速C,你朝着光子运动, 你的速度是C/2,你看到的光速也是C,

我看到光子走了2000米,你走了1000米,那么你看到光子走了多远呢?一开始我、光子、你是重合的,某一时刻:

我------------2000----------------光子

我-----1000-----你--------1000--光子

你看到光子走了1000米

c=s/t

2000÷我的时间 = 光速 = 1000÷你的时间

想让上面的等式成立,就要让你的时间比我的时间慢。

你的时间变慢了!

实际上“专利局的职员”也用了同样的方法,只不过他假设你的速度是V,就此得出了速度越快的物体,时间越慢。我这里不想放公式。你可以根据以上思路,自己推导出这个公式,然后跟钟慢效应比一比,推导这个不需要高等数学(这个推导其实是不严谨的。请自己思考为什么不严谨。)

当然,很多人都不相信“时间会变慢”这种鬼话,直到超音速飞机带着铯原子钟,绕着地球转了几圈,铯原子钟真的变慢了。这是后话。

我们书归正传,为什么说光速不能被超越?因为实验证明,不管在什么地方,测出来的光速都是一样的。

所以我们说子弹的速度是相对枪口的,声音的速度是相对空气(介质)的,只有这个光速,不需要相对,相对谁都是光速。因此也不能说光相对谁谁谁的速度,没这个说法。

那么最后提问,这个“专利局的职员”是谁?

光速是不是无法超越的(为什么说光速不能被超越)(2)

略略略~~~~~

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肯定会有高手来找不严谨的地方的。我就是写个最简单的科普。我有时间了一定仔细研究,把漏洞补上!!

关于麦克斯韦和洛伦兹变换:

麦克斯韦是根据电磁理论推导出光速。但是没找到光速相对于谁。于是人们认为是相对于光源,或者相对于以太。

洛伦兹变换应该就是相对论的前身,只不过这个当年是针对电磁学的,后来被推广到了一般情况。(一个坐标系上(x,y,z,t)发生的事件,在另一个坐标系看来是(x1,y1,z1,t1)洛伦兹变换就是说他们之间的关系)

一些FAQ

Q:这个举例其实是不准确的 我和光同时出发 因为光速始终大于我的速度 所以我的视野从启动开始 直到光到达2000米终点 全程我都看到了 即使我到达了1000米终点 我看到光仍然是走了2000米 只是我和光的距离变成了1000米。

A:首先回答一个问题,为什么叫做相对论,相对论认为,没有绝对的惯性参考系,既每个匀速直线运动的物体,都可以宣布自己是静止的,其他参考系在运动。对于每一个这样的参考系,任何物理公式都成立,并且每个参考系测量的光速都相等。

相对论还有一个描述,“不可能通过物理测量,找到绝对静止的坐标系。”

比如这个例子,在我看来,我是静止的,我说你在运动。同样,你也有权利宣称你是静止的,而我在后退。

你的问题中,你在分析光速的时候,其实是把我当做绝对静止坐标,来分析光速了。

光速是不是无法超越的(为什么说光速不能被超越)(3)

Q:光朝其他方向走怎么办?

Q:为什么不是距离缩短?

A:是的,距离变短和时间变慢是同时发生的。

问出这个问题,说明你看懂了,且认真思考了。我还不能简单的解释这两个问题,所以这里先给你“复杂的解释”一下。

狭义相对论的证明的顺序大概是这样的:(下面提到我和你就是指上面说的例子

1、首先根据实验到的现象“无法测到光速变化”修改公理:任何惯性参考系(就是静止或者匀速直线运动的参考系)下,做任何物理实验都能得到相同的结果。删掉了“时间对任何参考系都是相同的”,改为“光速对任何参考系都是相同的”

2、光速对任何参考系都是相同的 推出同时性不再成立。也就是说对一个参考系来说同时发生的事情,对另一个不是同时发生。(这里更进一步解释一下,比如上面我和你运动的例子,在我测量下同时发生的事情,在你的测量下,可能是先后发生的。这一段很难理解容易习惯性地绕晕而且跟后面的证明关系不大,可以暂时忽略。

3、相对性证明距离变短不会发生在垂直运动的方向。比如你在地面上远离我,这一步证明,我们对某事件发生的高度的测量值(比如爆竹爆炸的高度)是一致的。

4、设计你向前跑,光子向上跑,我不动 这个实验(因为你我之间前后运动,根据(3),向上测量的长度是相等的)。推导出 T'=T/(1-v²/c²)^(1/2) 。(我给的算法是不能推导出这个公式的)我只是打个比方。。。。。

5、设计你,我,光子都向前跑的实验,根据(4)获得距离变短公式。

6、根据以上公式,假设两个坐标系下测量的力是相等的,(这个我还不能确定,实际应该是用碰撞实验做的)得出质量增加公式。

7、根据质量增加公式,推导出质能方程 E=mc²。

这只是狭义相对论,广义相对论又修改了公理 “任何参考系下,做任何物理实验都能得到相同的结论。”把惯性去掉了。于是引力加速度和运动加速度是等效的——这部分鬼话我还没能理解,关于广义相对论的论述也是初步理解,你就当我没说就行。

Q:我和你例子里面,“你”测量到光的位移应该从,我开始,所以光的位移还是2000。

A:首先回答一个问题,为什么相对论叫做相对论,相对论认为,没有绝对的惯性参考系,既每个匀速直线运动的物体,都可以宣布自己是静止的,其他东西在运动。对于每一个这样的参考系,任何物理实验都成立,包括测量光速实验。

相对论还有一个描述,“不可能通过物理测量,找到绝对静止的坐标系。”

比如这个例子,在我看来,我是静止的,我说你在运动。同样,你也有权利宣称你是静止的,而我在后退。

你的问题中,你在分析光速的时候,其实是把我当做绝对静止坐标,来分析光速了。

完!

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