愛因斯坦說光速不可超越,若兩束光反向發射,不就2倍光速了嗎?

在大多數人的常識中,光速一直以來就是一個恒定不變的最大速度基準,那就是30萬公里每秒。無論其他物體的速度怎麼變化,光速一直都是這個數字。但你想過沒有,假如有兩束光是反向飛行的,那是不是就意味著它們之間的相對速度是兩倍光速?
可這樣一來,不就有超過光速的速度存在了嗎?難道說明愛因斯坦的相對論錯了?

恒定不變的光速c關于這個問題,咱也不能說你不對。但如果站在愛因斯坦的角度來講,這個說法就是錯的。
為什麼這麼說呢?咱們先從光速不變的原理開始說起。
光速之所以不變,主要就是因為 麥克斯韋方程的存在。
在這個方程中,ε0代表真空介質常數,μ0代表真空磁導率。由于這兩個數據都是常數,所以算出來的光速也是常數。 既然是常數,那就意味著光速恒定不變。

當然了,如果光從理論上來證明光速不變,那顯然是不夠嚴謹的。
所以偉大的物理學家邁克爾遜,還為此 做出了一個實驗,那就是以太檢測實驗。詳情原理不在此進行敘述,有興趣的讀者朋友可以自己查查看,在這個實驗過程中,邁克爾遜發現,不管怎麼檢測,光速永遠都不會變化。
從中也可以看出,無論是從理論角度,還是從實驗角度,都能證明光速不會變化。既然如此,那開頭所假設的那個例子,是不是和「光速不變理論」自相矛盾呢?

毫無意義的參考系其實吧,大家之所以認為反向飛行的兩束光是光速的兩倍,主要還是站在牛頓力學的角度來思考問題的。現在讓我們走出愛因斯坦世界觀,改而走進牛頓世界觀,其中,一切物體都有一個相對速度,這個速度是相對于參考系而言的。
也就是說,你能跑3m/s,是相對于旁邊的樹木而言。如果沒有樹木存在的話,那就沒有人能證明你可以跑3m/s。如果將樹木換成遠在千里之外的月球,這樣的話,你的速度相對于月球而言就是466m/s。這也是地球自轉的速度。

所以說,任何速度都是具有相對效應的。沒有參照物的話,就等于你在虛無空間里奔跑。沒有起點,也沒有盡頭。唯一有的,就是一個不斷在撲騰的你。是不是感覺很詭異?
但是,對于光而言,即便是沒有參考系,它也是有速度的, 因為光速本來就不需要參考系。
剛才也講過了,光速是個常數,無論怎麼算,它都是恒定不變的。就算你給它加上十個參考系,它也依舊是30萬公里每秒。從這個層面來講,咱們不能把光和普通物體相提并論。

如果光不是物體,那它是什麼呢?這里就要提到一個理論, 波粒二象性。啥叫波粒二象性?簡單來說就是這種東西即可以成為粒子,也可以成為波。
粒子大家都知道,像分子、原子、質子,甚至生活中的玻璃球,都屬于粒子。因為它們都是有形的。至于波,那就是無形的。比如超聲波、電磁波等,這都是無形的。

1909年愛因斯坦曾提到,光具有波粒二象性。也就是說,光即可以變成粒子,也可以變成波。既然如此,光就是一種既無形又有形的東西。
咱們剛才講到的牛頓力學中的參考系,主要是應用在有形的東西上。對于無形的東西,比如虛無空間,參考系就沒有多大意義了。正是由于光屬于無形的東西,所以參考系對它來講,根本就沒什麼意義。

當參考系對光失去意義后,那就意味著光速不能用參考系來衡量。所以兩束反向飛行的光,說它們的相對速度是2c,這就是一個完全錯誤的概念。
畢竟光速不需要參考系來衡量,你說它們之間的相對速度是2c,是相對誰而言的?換句話說,它們參考的誰?既然誰都沒有參考誰?這個2c的速度是怎麼得來的?所以說,兩束反向飛行的光,它倆的相對速度根本就不是2c。

既然不是2c,那又是多少呢?其實剛才已經講過了,光的速度就是c。畢竟邁克爾遜的實驗是不會騙人的,麥克斯韋的方程也是不會騙人的。既然他們不會騙人,那就說明光速本來就是c。無論天荒地老,還是海枯石爛,光速都是c。
為何光速一直都是c?說到這里可能很多人會問了,這個光咋這麼倔呢?一定要保持速度不變嗎?稍微變一下怎麼了?變成60萬公里每秒不行嗎?

還真不行,為什麼這麼說呢?因為 這就是整個宇宙的運行模式。如果光的速度改變了,那就意味著宇宙運行模式的坍塌。
這可能很難以想象,怎麼會這麼嚴重?不就是光的速度變了嗎?還能翻天不成?
來舉個簡單的例子。現在的交警查違規車輛超速,都是用的測速儀。這個測速儀采用的就是激光測速。在測速過程中,需要發射兩次激光。在第一次發射激光的時候,激光打在車身上,然后反射回來。根據激光一來一回的時間,再乘以光速c,就能得知車輛與測速儀之間的距離。

在第二次發射激光的時候,按照同樣的原理,可以得到第二段距離。隨后把這兩段距離相減,再除以兩次發射激光的時間差,就能得到車子的速度了。但是,如果像之前說的那樣,光速可以隨意改變的話,那就意味著測速儀測出來的速度不準確了。
所以說,光速并不能隨意改變,否則這個世界就真的亂套了。因為光線不僅僅可以用在測速儀上面,像咱們日常生活中的一切事物移動,都跟光速有關。比如你之所以能看到對面那個人在移動,是因為他身上的光線反射到你的眼睛里,你才能看到他移動。

也就是說,光線的速度決定著對面那個人的速度。萬一光速突然增大10倍,那麼你眼睛里看到的那個人,就會以放大10倍的速度來移動,是不是感覺很魔幻?正因如此,所以光速只能保持在一個常量,不增不減,永遠都是30萬公里每秒。
光速在未來可能改變嗎?這里再講一句題外話,既然光速是一個恒古不變的常量,那它究竟是如何維持這個常量的呢?畢竟整個宇宙都在移動,都在變化。萬一有某種超速運行的物質,突然疊加在光身上,把光速帶起來了怎麼辦?

其實完全不用擔憂這個問題,因為光是具有流動貫穿效應的。
簡單來講就是,光可以像流水一樣,貫穿在整個宇宙當中。而這個流動的速度,就是c。
我們能見到的所有的物體,都漂浮在這片流水當中。水怎麼流,物體就怎麼走,所以我們才能看到眼前畫面的移動。假如沒有這片流水,那恭喜你,成功掉入了虛無當中。你只能在那個毫無邊際的空間里面,進行詭異的撲騰和無奈的掙扎。

這種場景,就像《復聯4》里面的洛基一樣,突然掉進那個無底洞,只能一直漂浮在空中保持下墜的姿態,3個小時都沒有落地。嗯,就是這樣感覺。所以說,光的存在就相當于一種介質一樣,讓你可以落地,讓你有安全感。這就是光的魅力所在。
總結總的來說,光速是恒定不變的。無論兩束反向飛行的光,還是齊頭并進的光,它們之間的相對速度都是c。說破了天也是c,雷打不動的鐵律。

至于光速為何是c,那就得問問我們這個浩瀚無垠的宇宙了。畢竟只有造物主才能知道,宇宙這台精密的儀器究竟是如何運轉的?而他手中的光,對宇宙萬物而言,又意味著什麼?


[圖擷取自網路,如有疑問請私訊]

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