先说答案:不是两倍光速!

但如此简单地给出答案好像有点不负责了,下面来具体讲讲为什么不是两倍光速。

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说到光速,必须提到爱因斯坦的狭义相对论。狭义相对论有两个基本公设:光速不变原理和相对性原理。

光速不变原理,很好理解(虽然不容易接受),光速是绝对的,在任何参照系下,光速都保持不变。

最容易被忽视的是第二个公设:相对性原理。相对性原理表明:物理定律在惯性参照系中都是等价的。

何为惯性参照系?

简单讲就是不受力(或者受到的合力为零)的参照系,静止或者匀速直线运动的参照系就是惯性参照系。

惯性参照系是牛顿经典力学下的产物。对于生活在地球上的我们来讲,地球就是惯性参照系。一旦离开地球,太阳就成为惯性参照系。如果离开太阳系,那么银河系中心的超大质量黑洞就成了惯性参照系。

能够看出,惯性参照系的选择是狭义相对论成立的一个重要前提。

但是光并不是作为惯性参照系。原因很简单,惯性定律只有在宏观世界才成立,而光具有波粒二象性,谈不上什么惯性,当然不能作为惯性参照系,把光作为参照系是没有什么意义的。

所以,问题本身就具有一定的误导性。任何速度一旦上升到亚光速或者光速,牛顿的经典力学就不再适用了,不能再用简单的速度叠加来计算相对速度,而必须用更精确的洛伦兹变换才可以。公式如下:

V1和V2都等于V,代入上面公式,结果△V仍旧是光速,并不是两倍光速。

平时我们用到的速度叠加公式,其实就是伽利略变换,是建立在牛顿绝对时空观体系下的。而爱因斯坦的狭义相对论表明,时间和空间不是绝对的,而是相对的。时间和空间都具有一定的弹性,会随着速度和引力的变化而发生改变。

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在我们生活的低速世界,基本上不用考虑狭义相对论效应,牛顿的经典力学已经足够用了。但是一旦上升到亚光速,或者要求非常精确的时候,就必须考虑到相对论效应带来的时间膨胀现象。

比如我们日常生活中经常使用的卫星导航定位系统,虽然卫星的速度相比光速仍旧很慢,但由于导航系统要求非常精确,就必须考虑到相对论效应,让卫星上的时间与地球时间保持一致,否则导航系统就会彻底失效!