超光速会时间倒流吗 如果在亚光速飞船上打开手电筒 光会超光速吗?

2018-10-20 - 超光速

从生活经验来看,物体的运动速度与参照系的选择有关,相对于不同的参照系,物体会有不同的速度。举个例子,在行驶的汽车上向前打出一颗子弹,那么,对于车上的观察者来说,子弹的速度即为子弹出膛时获得的初速度(这里忽略空气阻力);而对于地面观察者来说,子弹的速度为子弹出膛速度加上汽车的速度。

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然而,光速十分“特别”,无论对于什么参照系中的观察者来说,光的传播速度都是同为光速。无论飞船的运动速度是光速的99.999%,还是比这更趋于光速,飞船上的手电筒发射出的光与在地球上的手电筒所发出的光具有完全相同的速度——光速,既不会低于光速,也不会超过光速。光的这种特殊属性被称为光速不变原理,这是狭义相对论成立的前提条件之一。爱因斯坦从狭义相对论中推导出了速度合成公式:

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如果把其中一个速度换成光速c,另一个速度任意,通过计算可以发现,叠加之后的速度还是保持光速c。

光速不变原理不是由爱因斯坦臆想出来的,而是此前有几种现象已经可以证明这一点,例如,光行差效应、迈克尔逊-莫雷实验。更早之前,麦克斯韦已经从理论上推导出了光速与参照系的选择无关。

至于为什么光速不变,目前还不能确定这背后的深层次原因。一种猜测是,因为宇宙中没有存在特殊参照系,物理学定律在宇宙的任何参照系中都是平权的。

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