关于运动速度的加法法则，不少人会有这样的困惑。然而，根据狭义相对论，答案其实十分简单：无论站在地面还是飞船中，你看到的光速都保持不变。
要理解这个结论，我们首先得探讨一下为什么会有这样的疑问。直观的反应往往是：“地面上看，速度应该等于地面与飞船的速度加飞船上你的速度。”对吧？
好，这种思维在日常生活中无处不在。然而，在相对论的世界里，它是错误的。
我们用数学语言来简化问题表述。想象两个相互做匀速直线运动的参考系，其中1号参考系认为2号参考系的速度为u，而一个物体在2号参考系中的速度是v，且这两个速度方向相同。我们将该物体在1号参考系中的速度标记为v'。那么，上述直观想法可以表示为：
v' = v + u。
这被称为“伽利略变换”，由意大利科学家伽利略（1564-1642）首次指出。
在日常生活中，伽利略变换确实准确无误。比方说，你在一辆速度为15米每秒的汽车上以5米每秒的速度跑步，那么你相对地面的速度就是20米每秒。
但相对论告诉我们，伽利略变换只是个粗略近似，或者说是洛伦兹变换在低速世界的近似值，亚光速世界真正的公式长这样：
也就是：v' = (v + u) / (1 + uv/c^2)。
这里，c代表光速，大约为30万公里每秒。这个公式被称为“洛伦兹变换”，由荷兰科学家洛伦兹（1853-1928）所发现。它实际上是在伽利略变换的基础上，增加了一项修正因子1 + uv/c^2。
那么这个公式能告诉我们什么呢？
当u和v远小于光速时，uv/c^2趋近于0，分母1 + uv/c^2也趋近于1，于是v'约等于v + u，我们又回到了伽利略变换。
在上述例子中，如果u = 15米每秒，v = 5米每秒，计算结果表明，精确公式的修正量仅为10的负16次方，这意味着只有在小数点后第16位才能察觉到差异，这种微小的效应甚至超出了仪器的测量极限。
但当u或v与光速相当时，情况就不同了，这时我们必须严肃对待1 + uv/c^2这个修正因子。
比如，假设u = v = c/2，你和汽车都以光速的一半相对地面运动。直观认为v' = c，但实际计算得出v' = (1/2 + 1/2) / (1 + 1/4) c = 1 / (5/4) c = (4/5) c。也就是说，在地面上看，你的速度只有光速的80%，并未达到光速。
若u = v = (3/4) c，直观会认为v' = (3/2) c，你已超光速。然而实际计算结果是v' = (3/4 + 3/4) / (1 + 9/16) c = (3/2) / (25/16) c = (24/25) c，你实际上只达到了光速的96%，依然未超光速。
实际上，用初中级别的数学知识就可以证明，只要u和v都不超过光速，那么v'也不可能超过（你可以尝试证明一下）。这说明，试图通过运动叠加达到光速是不可能的。
回到题目中的情况，假设u = c，直观上v'应为v + c，但洛伦兹变换的结果是v' = (v + c) / (1 + v/c)，简化之后，我们得到的是光速c。
也就是说，无论你怎么变换参照系，光速永远保持不变。这正是相对论的基本原理之一，被称作“光速不变原理”。
最后，我们需要提醒两点。
首先，题目表述可能存在问题。根据相对论，具有“静质量”的物体，如飞船，无法达到光速，只有光这种“静质量”为零的物体才以光速运动。因此，题目最好改成“在飞行的飞船上发出一束光，地面上看这束光是否比光速快”。也就是说，我们应该探讨v = c会发生什么，而非u = c。不过，这对本文内容无实质性影响，因为在洛伦兹变换中，u和v的地位平等，互换两者得到的公式并无二致。
其次，洛伦兹变换与日常生活直觉大相径庭，但科学界普遍接受它是正确的。这是因为它与实验结果吻合无误，而不是科学家喜欢标新立异。如果你坚持伽利略变换，就会得出与实验不符的结论。例如，通过测量地球在不同运动方向上光速的差异，可以推算地球在宇宙中的绝对速度，即“迈克尔孙-莫雷实验”。但实验结果表明，在不同方向上光速无差异！所以，现在你明白了洛伦兹变换及相对论的威力了吧？
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