在火车上奔跑与打开手电筒，相对速度是不同的两种情况，为什么？

来源：互联网 2024-11-12 23:30:37 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们

光在真空中的传播速度为每秒299792458米，且相对于任何参考系而言都恒定不变，这就是光速不变原理。

光速不变原理与我们日常所接触到的速度问题截然不同，这也使人们对此表示难以理解，所以我们需要追根溯源，看看这光速不变到底是从何而来的，光速不变的一个重要基础就是爱因斯坦的相对性原理，相对性原理是一个非常简洁的原理，根据相对性原理，在任何惯性系中，所有物理定律都保持不变。什么意思呢？

伽利略提出过一个著名的思想实验，叫做萨尔维柯蒂之船，就是说如果一个人被关在一艘大船的船舱之内，船舱是完全封闭的，这个人无法从船舱内得知船舱外的事情，那么无论这个人在船舱内进行怎样的实验、多么细心地观察，都无法判断出船是静止的，还是移动的，当然，前提是这艘船非常平稳。

在伽利略的思想实验中，他设计了三个场景，分别为飞动的小虫、游动的小鱼、滴水的罐子，无论船是静止还是移动，移动得有多快，飞虫的飞行、小鱼的游动和罐子的水滴都不会出现丝毫的变化，于是伽利略得出了一个结论：在惯性系中，任何力学规律都保持不变。

后来爱因斯坦在深刻思考了伽利略的相对性原理之后，提出了自己的相对性原理，就是在惯性系中，不仅是力学规律，任何物理规律都保持不变。也就是说不仅仅力学实验不能证明船的状态，任何其它实验也无法证明船的运动状态，这就是爱因斯坦的相对性原理，而它也成为了光速不变原理的重要基础。光速不变原理在提出之后，已经通过实验获得了充分的证明，但这仍然不能改变它令人难以理解的现状。

光速不变原理之所以难以理解，关键在于它与我们的常识相悖。

假设我们站在路旁，此时我们的面前有一辆呼啸而过的火车，它的速度为M，在火车之上短跑冠军博尔特正在向车头的方向奔跑，他的速度为N，所以在我们看来，此时博尔特相对于我们的速度是多少呢？这太容易了，就是火车的速度加上博尔特的奔跑速度，也就是M N，这就是我们所知的常识，当然它是正确的。

现在博尔特累了，停下来休息，他站在原地，向车头的方向打开了手电筒，一束光从手电筒之中向车头的方向射出，速度为C。此时相对于我们而言，这束光的速度是多少呢？这看起来与博尔特奔跑没有什么不同，只不过在火车内运动的主体由博尔特变成了光，那么光相对于我们的速度当然就应该是火车的速度加上光的速度，也就是M C了，这仍然是常识，但是错了。

光速相对于任何参考系而言都恒定不变，所以火车上手电筒射出的光相对于我们而言，其速度仍是C，而并不是M C。

为什么把博尔特换成光就不一样了，光到底有何特殊？并不是光有什么特殊，而是环境不同了。在江河湖泊中的航行经验放在大海中，是没有用处的，我们身处于一个宏观低速环境之下，无论是火车还是飞机，都太慢了，我们所知的常识也是基于宏观低速环境而产生，直接将宏观低速环境下的认知带入到高速环境之中，自然就行不通了，在高速环境之中，速度有着与宏观低速环境下截然不同的规律。

现在我们来思考另外一个有趣的问题，如果我们正在以光速飞行，此时在我们身旁出现了一束光，这束光相对于我们而言是静止的吗？它相对于地面的速度又是多少呢？

光相对于地面的速度当然是光速，这很好理解，但光相对于正在飞行的我们而言，它同样也不是静止的，因为光速相对于任何参考系而言都保持不变，所以光相对于飞行中的我们而言，它的速度同样是光速。

理论谁都能听懂，但放到现实中来，还是难以理解，所以我们需要加入另一个元素：时间。光之所以相对于地面和飞行的我们而言都是光速，就是因为高速运动会使运动物体的时间变慢，这被称之为钟慢效应，钟慢效应的存在是已经通过实验证明的。一个物体的运动速度越快，它的时间就越慢，当运动速度到达光速时，时间便停止了，这样就很好理解，为什么光相对于地面和飞行中的我们而言，相对速度都是相同的了。当然了，在现实之中，具有静止质量的物体是无法达到光速的，所以时间也不会停止。

更多内容请关注公众号：sunmonarch

以上内容由办公区教程网摘抄自中国科普网可供大家参考！

标签：

上一篇：地质学家认为，石油是生物尸体变成，古代有那么多生物尸体吗？下一篇：无皮鼓（声学探索科普知识）

在火车上奔跑与打开手电筒，相对速度是不同的两种情况，为什么？

热门文章

标签列表