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开着手电筒跑步能否使光传播速度超过真空光速? 第1页

  

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先别提相对论的,你知道音速吗?空气中的音速是340m/s (左右)。你要是在空气中一边跑一边喊,你的速度是10m/s,你发出的声音是不是350m/s?

超音速飞机的速度能达到1000m/s,所以声速是1340m/s?

嘛,声音是波,波速是相对于介质(就是空气)的。

总结一下你学到的东西哈:

不同的物体有不同的运动规律,波的速度相对介质不变,粒子(比如子弹)的运动速度跟发射器当时的速度有关。(我这里没有用参考系的概念,我现在觉得浑身不自在)。

光不是波,也不是粒子,不能套用波或者粒子的运动规律。

你现在套用了粒子的运动规律,才有这个思想实验。如果套用波的运动规律做思想实验,你就会发现找不到光对应的介质。声音在空气中传播,光能在真空中传播。

------------ 有关光速最快的说明 --------------------------

爱因斯坦并没有定义“光速是最快的速度”,注意定义是给命题起名字。比如三角形的定义是“由三条线段和三个角组成的图形”,你不方便每次描述都用“三条线段和三个角组成的图形”,所以由以上定义,你可以把“三条线段和三个角组成的图形”替换为“三角形”。

“光速是最快的速度”是爱因斯坦的假设。

假设在物理学中广泛存在。比如伽利略假设力是物体运动状态改变的原因。他连实验都没有,只有思想实验。
有些假设是人们默许的,比如“一个参考系下观察两件事同时发生,另一个参考系必然也同时发生。”翻译一下,我检测到两个爆竹同时爆炸,你也应该检测到它们同时爆炸。根据经验,就应该这样对吧;但是要问为什么,以及有没有实验支持,有没有理论依据,答案是否定的。
再举一个例子“空间是各向同性的”翻译一下:你向前做一个实验,向后做一个实验,你向任何方向做相同的实验,都会得到相同的结果,空间是没有朝向的。(地球才是有朝向的,你向上扔石头,向下扔石头,结果当然不同)

19世纪末20世纪初,有很多实验将光理解为波,如果光像声波一样,速度相对于真空不变,(其实当时认为真空中存在“以太”作为光传播的介质)地球就像空气中运行的飞机一样,由此就可以测量地球相对于这一介质的速度,我们还可以猜想,以太所处的参考系是绝对静止的,这就像地心说时期,认为地球是绝对静止的一样,这一类理论中的概念往往被冠以“绝对”二字,比如“绝对参考系”“绝对静止”“绝对运动”。

然而测量光速的实验全部失败了,并没有任何实验检测到光速在不同方向上的变化。

这些实验包括:测量星光光速 和 测量不同方向的光速差。

既然这些实验都没有测量到光速不同,爱因斯坦就做出了一个假设,任何参考系下,测量到的光速都是不变的。

测量光速是通过让光走一段路,采集光走完的时间,从而计算光速。
C= s/t。
想让不同参考系下测量的光速相同,就要求两个参考系的时钟不一致,或者两个参考系的尺子不一致。

再往下写,就超过回答的范围太多了。有时间再说吧。

------------ 有关声音速度的说明,别问声音的参考了-----------------------------

本质上,声速的参考系是介质,你在飞机里说话,声音相对地面走的速度确实是声速加飞机速度,因为声速相对飞机中的空气是340m/s。你在地球上说话,相对太阳也会叠加地球公转自转的速度。

同理你在风中站着不动,风速10m/s,你顺风的声速就是350m/s,逆风就是330m/s。

超音速飞机也不能让音速相对介质的速度变快,超音速飞机向前飞,永远是飞机和音速同时到达。

这里还有更复杂的原理:空气相对运动的速度不会超过音速,如果是一个平面向前超音速运动,就会导致前面的空气来不及躲开这个平面,这些空气将被压缩(就像堵住注射器的出口,压缩空气一样),这一过程中,前面的空气密度变大,空气的密度越大声速越高,因此飞机前面的一个小区域内,声音可以快于飞机。

音速的本质是介质传播压力的速度,均匀的空气中,一点遭到挤压,会让周围的空气遭到挤压,这种挤压会又会让再周围的空气遭到挤压,这种挤压的传播不会瞬间完成,而是以一定速度传播的,声音现象本质是周期性的挤压空气,是挤压传播的特殊形式。因此声音传播的速度也就是挤压传播的速度。

声音在空气中的速度是340m/s,和空气的温度,压力都有关系。在地球上也只是340m/左右,在水里,在别的星球都不一定。


user avatar   zhan-yun-2020 网友的相关建议: 
      

利用光速不变,爱因斯坦推导出了狭义相对论,并利用广义相对论解释了空间和引力的关系。

随着相对论的逐渐证实,真空光速不变,也渐渐成了板上钉钉子的事情。

但如果把相对论当做物理事实,我们会发现,并不是光速决定了相对论,恰恰相反,是因为相对论效应,决定了光速不变。

在广义相对论中,引力被描述为时空的一种几何属性(曲率),而时空的曲率则通过爱因斯坦场方程和处于其中的物质及辐射的能量与动量联系在一起。

简而言之,物质的总能量(静质量+动质量,决定的总能量)会造成时空弯曲。

无论任何有能量的物质,都会造成时空弯曲,哪怕题主拿着电筒跑动,也会造成时空弯曲。虽然相对于宇宙尺度来说,这样的时空弯曲可以忽略不计,但探讨速度叠加的问题,却不得不考虑在内。

时空扭曲下,会出现洛伦兹收缩:

但同时,压缩的时空还会出现慢钟效应

时空扭曲,长度收缩的同时,时间变慢。

二者结合,会发现,无论题主如何增加速度,光速依旧不变。

时间的基本国际单位是秒。它现在以铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应的辐射的9,192,631,770个周期的持续时间为标准。

虽然宇宙尺度下,时间的本质是连续的,不间断的,但人依旧只能通过物质的变化(包括自身的变化),来感受时间。相比较与地球,在黑洞附近的空间扭曲,造成物质变化速度不同,造成黑洞系统附近人在时间感官上的差异。进入黑洞之后,人感官上的时间,会变得趋向于无限静止。(物质状态的变化趋向零)

正是因为这个原因,拿着电筒跑的题主,随着速度越来越快,越趋近光速总能量也越来越大,时间也越来越压缩。(本质上讲,题主实际是越来越趋向于坍缩为黑洞……)

通过慢钟效应,我们知道:虽然作为我们地球观察着来说,题主无限接近光速,跑到了25光年之外的织女星,所用的时间依旧是25年。但对于题主来说,他所经历的时间,却是瞬息之间的。

在无限接近光速的情况下,题主在感官上,所经历的时间T,会无限接近0。

也就是说,虽然题主的速度依旧只是接近光速,但他的自身的感官会觉得自己是超光速的,而且叠加的速度还不仅仅只是1+1的单纯相加。

本质上是因为洛伦兹收缩,造成了超光速的错觉。那么这个错觉下的超光速速度,也是符合洛伦兹变换。

洛伦兹因子:

题主的真实速度V,乘以洛伦兹因子,便能得到这个错觉下的超光速速度。

作为,题主之外的观察者,由于没有在题主所在的能量系统之内,自然不存在慢钟效应,我们就会发现,题主渡过的时间(生命流逝)比我们更短

我们渡过50年,看到题主接近光速从织女星溜达了一圈回来,但发现他竟然没有衰老。题主在旅行过程之中,也从来不会观测到自己超光速,他所能发现的仅仅只是时空扭曲带下,距离上的洛伦兹收缩。接近光速带来的能量无限增加,空间扭曲加大,距离大大缩短了。

再次强调:在宇宙尺度来说,无论题主自我感官时间如何的静止,宇宙时间依旧渡过了50年,本质上不存在超光速。

但如果哪一天能够解决近光速带来的一系列问题,人类依然可以利用这一种超光速错觉,进行“超光速”旅行。(本质上,相当于延长我们在宇宙尺度下的寿命)




  

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