两束光A,B同时平行从点C出发。从人的视角来看,两束光应该速度相等。但是从A光看B光或者B光看A光还是光速吗?


题目预设了一个前提:将速度为光速的物体作为参考系

但是没有这样的参考系,因为有质量的物体不能达到光速。所以这个问题是没有意义的。

如果是以「光子」本身为参考系呢?

「光子」的时间是不流逝的,所以问题还是没有意义。

我很喜欢这样想像:想像你很接近光速,于是你一眨眼,就经历了宇宙从诞生到灭亡的全过程。而对于光子来说,它们甚至不需要眨眼,因为它们没有时间的概念。对于光来说,诞生即灭亡,开始即结束。

如果再技术性一些,在闵氏度规里,光子的轨迹的长度(术语叫做「时空间隔」)是恒等于零的。我们普通物体每时每刻都在经历无穷多的事件,我们的轨迹有长度,但光子的轨迹没有长度,它本身可以看做一个事件。


再来多扯几句:「没有意义」这四个字容易让人做出形而上学的解读,还是用「ill defined」比较好,其实就是没有一个很好的定义而已,类似于零作为分母


大部分人估计是小学的时候接受了速度这个概念,但大部人没意识到,速度这个概念本身是有问题的。

2辆车,从同一地点同时出发,各自转了一圈之后,在另外某个地方会面。

车上有如下仪器:

温度计、海拔测量仪、里程表、时钟。

因为温度计和海拔测量仪测量的是汽车外部的温度场跟引力场,所以汽车再次会面时,温度计的变化跟海拔测量仪的变化是相同的。

而里程表取决于汽车自身的运动,而不是取决于外部的场,所以,汽车再次见面时,里程表的变化可以是不一样的。

时钟呢?

牛顿时代认为存在一个外部的时间场,不管汽车怎么运动,再次见面时,时钟的改变是相同的。

相对论时代认为时钟跟里程表一样,变化跟汽车的运动有关,不存在一个外部的时间场。

现在问题就来了,出发事件跟见面事件,这2个事件之间的时间间隔是多少?

不同的时钟度量出不同的数值,所以,牛顿时代唯一的那个时间间隔现在不再唯一了。

没有时间间隔,速度又如何来定义呢?

所以啊,学习相对论,首先要做的,是要放弃速度的概念。

你也许会说,甲汽车的速度用甲的时钟来定义,乙汽车的速度用乙的时钟来定义,这样也可以吧。因为物理上以光速运动的时钟时间是静止的,所以光速在这个定义下是无穷大,题主的问题就变成了:无穷大相对无穷大还是无穷大吗?

当然,也有很多种其他的各种方案,这里不再细谈,只解释下爱因斯坦当初怎么解决这个问题的。

时间因为变成运动相关的了,所以没法用,爱因斯坦重新引入了另外一个东西,这个东西类似温度跟高度,是外部的,跟汽车的运动无关的。

这个新的东西爱因斯坦也叫时间,这就麻烦了,相对论90%的问题都来源于这个名词定义错误。教科书里把这个叫做坐标时,但我们这里为了跟时间区分,改个名词叫变化经度。

现在的光速定义,其实是基于变化经度的数值来计算的,这个数值跟时间是两码事。时间可以进行物理测量,而变化经度,只是数学上定义出来的,并没有物理上的含义。

回到题主的问题:

光速相对于光速,这个表述既包含了速度的概念,也包含了相对的概念。

但前边说了,速度的概念已经没法定义了。

至于相对,则是另外一个需要重新定义的东西了。

记住时间与运动相关这个前提之后,题主可以好好想想怎么定义速度跟相对这2个概念。


相对论中以光速为c的光子为参照系没有意义。


题目就有问题,光速怎么相对光速?

速度都是与参照系有关的 ,同一个物体的运动速度,会因为测量者所在的参照系的不同而不同。[坐地日行八万里]这句话,说的就是以地面系,人与地面是静止的。以地心系计算,地球是要转动一周的。地球的一周是八万里(40000km)。就是使用地面系(速度为0)与地心系速度为(80000里/日)分别测量的结果。如果以太阳系计算,速度就是另一个数值了。

光的速度是光子的运动速度,光子也是物质。它的速度并没有特殊的地方。爱因斯坦所说的[光在真空中一直以光速进行匀速直线运动,与光源的运动速度无关]的说法,本身就有歧义。一个是使用波动理论叙述光速,只是以媒介为参考系计算的一个速度数值。一个是使用粒子理论叙述光速,那就是符合牛顿惯性定律的。因为真空中物质稀少,对光子的作用力稀少,光子受到的作用力稀少,就会保持匀速直线运动的状态。这里的叙述不是使用同一个参照系,而粒子论的解释与相对论常用的说法不同。光速与测量者所在的参照系无关,才是相对论中使用的[光速不变]的说法。而多普勒效应就是反例。


说光速永远是C是错的。一道光相对于另一道光速度是0,不是C。为什么呢?听我慢慢讲。

审题。如果你说一道光束A相对地球的速度是光速,另一道光束B相对于A的速度是光速,问B相对于地球的速度是多少?那当然还是光速,这个通过相对论的速度叠加公式计算出来的:

V3=(V1+V2)/(1-V1V2/C^2)

其中,光束A的速度是V1,光束B的速度是V2,求V3

V3=(V1+V2)/(1+V1V2/C^2)

=(C+C)/(1+C*C/C^2)

=2C/2

=C

但这个题目问的不是这个。它指的是光束A相对地球的速度是C,光束B相对于地球的速度也是C,问B相对于A的速度是多少?这是已知V1、V3,求V2。

V2=(V3-V1)/(1-V3V1/C^2)

=(C-C)/(1-C*C/C^2)

=0/0

结果没有意义。怎么办呢?

为了让计算有意义,我们暂时忘掉它们是光,而是高速飞行的粒子,速度不等于光速,但非常接近光速。

假定V1=0.99C,V3=0.991C,计算结果V2=0.0529C,也就是说粒子B相对于粒子A的速度很小,接近于0。

我们让两个速度再接近一点,令V1=0.99C,V3=0.9905C,计算结果V2=0.0258C,也就是说粒子B相对于粒子A的速度更慢了。

当两个速度没有差别时,即V1=0.99C,V3=0.99C,计算结果V2=0!

也就是说,两个粒子相对于另一个参考系(比如地球)运动速度的差别越小,这两个粒子相互运动的速度越慢。当两个粒子相对于另一个参考系运动速度相等时,这两个粒子相互运动的速度等于0(属于同一个参考系)。

回到本题,光束A相对地球的速度和光束B相对于地球的速度相等,都是C,所以B相对于A的速度是0。说光速相对光速还是光速,显然是错的。

当然,书本上所说的「光不能作为参考系」、「讨论光相对于另一道光的速度没有意义」等,都属于「标准」答案,虽然正确,却不能令人满意。我的回答,虽然可能有破绽,但却更有实际意义。

诚心希望知友们帮助找出我上述分析的破绽所在。


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