當(dāng)然不會(huì)超光速。所有認(rèn)為發(fā)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(duì)光速的問題,目前都只是在相對(duì)論的框架下進(jìn)行解釋,也就是要運(yùn)用洛倫茲變換來解題。
什么是伽利略變換?
伽利略變換,是建立在絕對(duì)時(shí)空觀上的一種速度求解方式。
簡(jiǎn)單來說就是,絕對(duì)速度=相對(duì)速度+牽引速度。
這個(gè)方程是一個(gè)矢量方程。什么意思呢?
打個(gè)比方,比如人在車上走,人相對(duì)于地面的絕對(duì)速度,就應(yīng)該是相對(duì)于車子的速度,加上車相對(duì)于地面的速度。
即如果人與車是同向,那么上面的方程里,人的速度和車的速度就應(yīng)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(yīng)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(duì)于手電筒速度為光速,所以得出相對(duì)于地面,射出的光似乎應(yīng)該是超光速。這其實(shí)是絕對(duì)時(shí)空觀下,得出的結(jié)論。
也是大多數(shù)不熟悉相對(duì)論的人,慣用的思考方式。
造成這樣的原因,其實(shí)是因?yàn)橘だ宰儞Q是牛頓力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),而我們從小都在學(xué)習(xí)牛頓定律,這造成了一種根深蒂固的慣性思維,基于伽利略變換建立起來速度理解。
因?yàn)樘煜ち?,所以一旦遇到運(yùn)動(dòng)問題,我們都會(huì)下意識(shí)地,運(yùn)用伽利略變換來思考。
而根據(jù)狹義相對(duì)論,其中一條最重要的結(jié)論就是,光的速度與光源的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。
也就說,一束發(fā)光的手電筒,如果被拋出去,射出去的光不會(huì)因?yàn)槭蛛娡补庠串a(chǎn)生了一個(gè)速度,而變成超光速。
光速不變的本質(zhì)其實(shí)就是,時(shí)空產(chǎn)生了變化,時(shí)間與空間產(chǎn)生了畸變。我們記住這個(gè)結(jié)論運(yùn)用就是了。
而之所以得出這個(gè)結(jié)論,則是通過洛倫茲變換推導(dǎo)出來的。
荷蘭物理學(xué)家亨德里克·洛倫茲1904年提出的洛倫茲變換,本來是用于調(diào)和19世紀(jì)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)與牛頓力學(xué)之間的矛盾,而后來被愛因斯坦發(fā)現(xiàn),作為了狹義相對(duì)論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
打破了牛頓建立起來的絕對(duì)時(shí)空觀,提出了相對(duì)時(shí)空觀。
在狹義相對(duì)論的體系下,光速可以看成一把測(cè)量時(shí)空的尺子。這個(gè)尺子是不會(huì)變的,變的是我們對(duì)于時(shí)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(duì)論,可以理解為光的絕對(duì)論。
所以,這個(gè)題的答案很簡(jiǎn)單,光速不變,還是30萬公里/秒。
關(guān)于速度問題,能用洛倫茲變換替代伽利略變換嗎?
能,但伽利略變換永遠(yuǎn)不會(huì)被淘汰,就像牛頓定律我們還在用一樣。
因?yàn)?,我們本身生活在一個(gè)低速環(huán)境中,而在這樣的環(huán)境中,運(yùn)用伽利略變換和運(yùn)用洛倫茲變換得來的解,其差值完全可以忽略不計(jì)。
而伽利略變換計(jì)算十分簡(jiǎn)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(yīng)用如果用它來計(jì)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(shí)用價(jià)值的。
而只有在解釋宇宙天體運(yùn)動(dòng)時(shí),往往就不能運(yùn)用伽利略變換了,而只能運(yùn)用以洛倫茲變換為基礎(chǔ)的相對(duì)論。因?yàn)橛钪嬷械奶祗w們,都處于高速運(yùn)動(dòng)中。
結(jié)論
伽利略變換與洛倫茲變換并不矛盾。只是一個(gè)適用于低速條件,一個(gè)適用于高速條件下。
伽利略變換是洛倫茲變換的簡(jiǎn)化版,牛頓定律的所有解,也都是相對(duì)論的近似解。
在運(yùn)動(dòng)不超過光速的十分之一時(shí),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(duì)效應(yīng),就必須使用洛倫茲變換。
當(dāng)然所有涉及光速的腦洞問題,都必須以洛倫茲變換來計(jì)算, 也就是必須遵循相對(duì)論的解題思路。
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