两束光反向飞行，相对速度是两倍光速吗？很少有人知道答案！

上学时我们都学过简单的速度叠加，举个例子，两辆小汽车分别是100公里的时速反向行驶，两辆汽车的相对速度是多少呢？

【资料图】

这个问题恐怕连小学生都知道，就是简单的速度叠加，两辆汽车的相对时速是200公里。这个答案也很符合我们的生活经验和传统认知。

但是，如果把这两辆小汽车换成两束光，情况大为不同。如果你稍微了解一点爱因斯坦的狭义相对论，就会知道两束光的相对速度并不是两倍光速。

下面来一起分析一下光为何如此特殊。

狭义相对论是建立在两大公设的基础上提出来的，其中一个公设就是光速不变原理。如何理解这个原理？

假设你站在街道边上的人行道上观察来往的汽车，一辆汽车开着车灯以速度V行驶。那么在你眼里，车灯发出的光的速度是多少呢？

按照我们上学时学过的速度叠加计算，答案应该是光的速度C+V，也就是光本身的速度C加上汽车的速度V。

但事实上并非如此，无论汽车的速度多快，在你眼里车灯发出的光的速度都是光速C。

这就是光速不变原理。光速与任何其他速度叠加之后都保持不变，光在任何参照系下测量到的速度都是光速。

我们上学时学的速度叠加公式其实是伽利略变换，它只适用于低速世界。而一旦速度来到亚光速甚至光速，伽利略变换就不再适用了，比如用更精确的伽利略变化，公式如下：

从公式中可以看出，如果V1和V2非常小，公式就简化为V=V1+V2，也就是伽利略变换。由此可见，伽利略变换只是洛伦兹变换在低速状态下的特例和近似值。

但是如果把汽车换成一束光，结果会如何呢？

有人可能会说是2C，也就是两倍光速。确实，在我们人类眼里，两束反方向飞行的光的相对速度确实是两倍光速，但对于两束光来讲，它们的相对速度并不是两倍速度。

你肯定会想到刚才提到的洛伦兹变换公式，把光的速度代入公式，很容易得出最终的答案仍旧是光速，而不是两倍光速。

事实上，光速也是不对的，两束反方向飞行的光的速度并不是光速。

除了光速不变原理之外，狭义相对论还有一个重要的公设：相对性原理，简单讲就是相对论里必须有合适的参照系，而光并不是作为参照系。为什么？

因为对于光来讲，时间是不存在的，光速是四维时空的固有属性，在四维时空里，光必须以光速飞行，对于光来讲，没有任何时间概念。

根据爱因斯坦的狭义相对论，速度越快，时间就越慢，当速度无限接近光速时，时间就趋于静止，也就没有了时间概念。

所以，对于光来讲，时间是完全不存在的，时间完全凝固。你可能会提出质疑：我们不是经常说太阳光飞到地球上需要大约8分钟时间吗？怎么光就没有时间了呢？

不要忘了，相对论里谈论时间和速度都需要有参照系的，太阳光飞到地球上需要8分钟，是相对人来讲，以人或者地球为参照系。但是在光的眼里，它是瞬间到达地球的，不需要任何时间，不要说是飞到地球，即便是飞到宇宙边缘，也不需要任何时间，都是瞬间到达。

所以，两束反向飞行的光的相对速度要从以下几个方面去考虑。

第一，两束光的相对速度，也就是以其中一束光为参照系，且不说光能不能作为参照系，即使能，考虑到光的特性，两束光的时间都是静止的，也就是说两束光的固有时间都是零，既然没有了时间，又哪来的速度呢？

也就是说，问题本身就是无解的，也可以说是没有意义的。

第二，即便是两束同向飞行的光，我们也无法计算它们的相对速度，但可以根据光的一些现象判断出来。比如说科学家曾经用三棱镜把太阳光散射成很多单色光，结果发现这些光同时到达地球，也就是说它们的相对速度为零。

而反向飞行的两束光的相对速度是无法计算的，也无法验证，完全无解。如果非得要给出一个答案的话，答案会有无穷多个。为什么这样说？

刚才说了，对于光来说是没有时间的，可以在瞬间跨越无限远的距离，无限远加上无限远仍旧是无限远，而时间都是无穷小，根据数学上的无穷概念，得到的答案就是无穷，无穷多个答案。

无穷是相当抽象的概念，在现实世界和物理学领域，无穷的概念数学的范畴，因为我们认识的事物都是具体的，而不是抽象的。一旦现实世界中涉及到我无穷，对于我们来讲就失去了意义。

打这里，你应该对光的“霸道”有更深的了解了吧，不过人类对光的研究并未停止，我们仍旧没有揭开光的真正面目。不过人类一直在努力，因为我们知道光可能隐藏着最深刻的宇宙奥秘！

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