相信很多人都知道答案,且不说飞船的速度是否能达到光速,即便真的能以光速飞行,你在飞船上奔跑,你的速度也不会超过光速。

打开网易新闻 查看精彩图片

不过,日常生活经验告诉我们,你的速度的确超光速了,这就是简单的速度叠加。飞船的速度也就是光速C,加上你奔跑的速度,比如说是V,那么在我看来你的速度应该是两个速度叠加之后的速度,也就是C+V,这不就是超光速了吗?

但很多时候我们日常生活经验,也就是直觉是错误的。因为我们的直觉是建立在绝对时空观上,被绝对时空观完全束缚。

打开网易新闻 查看精彩图片

而爱因斯坦的狭义相对论早就告诉了我们,时空并不是绝对的,而是相对的,这种相对性就注定了我们的直觉是错误的。

那么你在飞船上奔跑的速度到底是多少呢?

打开网易新闻 查看精彩图片

先来说说两个速度变换。第一,伽利略变换,是由伽利略最先提出来的。实际上伽利略变换就是我们平时所用的速度叠加公式,简单用公式表达就是V=V1+V2。

如果刚才所说的你的速度是C+V,就是利用伽利略变换计算出来的结果。由于伽利略变换是以绝对时空观为基础,只适用于低速世界,因此在光速飞行的飞船上是不适用的。

接下来就是第二个变换,洛伦兹变换,是由洛伦兹先提出来的,后来被爱因斯坦用在相对速度计算上。用公式表达就是这样的。

打开网易新闻 查看精彩图片

伽利略变换只是近似的公式,是洛伦兹变换在低速世界的特例而已。细心的伙伴们肯定发现了。当公式中的V1和V2与光速相比非常小时,公式中的分母就趋于1,于是公式就可以简化为V=V1+V2,这不就是伽利略变换吗?

所以说,伽利略只适用于低速世界,而在亚光速世界,伽利略变换就不再适用了,因为误差太大了,就需要用到洛伦兹变换。

虽然伽利略变换只是洛伦兹变换的近似值,但并不是说越精确越好,我们还需要考虑到实用性。

打开网易新闻 查看精彩图片

伽利略变换虽然有误差,但在低速世界的误差微乎其微,不会对我们生活造成任何影响,关键是伽利略变换很简单,也很直观,更符合我们的直觉。而相比之下,洛伦兹变换就复杂多了,也不太容易理解。

所以,在日常生活中,我们就可以认为伽利略变换是正确的,没有必要用更精确的洛伦兹变换。

举个例子,你在一列火车上奔跑,火车速度为每秒15米,你奔跑的速度为每秒5米。那么根据伽利略变换,你相对地面的速度就是每秒20米,这就是我们的传统认知,我们很容易接受这个答案。

打开网易新闻 查看精彩图片

但是刚才说了,伽利略变换只是近似值,既然是近似值肯定有误差,这个误差有多大呢?

把两个速度代入上面的洛伦兹变换可以计算出,最终的误差只有大约10的负16次方。如此小的误差不但我们感受不到,任何精密的探测器也测量不出来,我们还在乎这么微小的误差干嘛呢?完全是自找麻烦。

但是如果两个速度很大,接近光速,伽利略变换的误差就会很大,就需要用到洛伦兹变换了。

比如火车和你奔跑的速度都是光速的一半,你相对地面的速度是多少呢?

最终的答案是0.8倍光速,明显低于光速。而用伽利略变换计算出来的答案就是光速。

而两个速度中只要有一个速度是光速,最终的答案就是光速,不管另一个速度有多快,结果都是光速。

打开网易新闻 查看精彩图片

所以不管你在光速飞船上如何奔跑,你相对地面的速度都不会超过光速,而仍旧是光速。

其实这就是问题的本质就在于绝对时空观与相对时空观的区别,我们的感知都是来源于绝对时空观,而很难直观地感受到相对时空观。

这也是为什么有些人无论如何都很难相信相对论的主要原因,这也很正常,本质上讲这也是任何物种趋利避害的具体体现,包括人类在内的任何物种肯定都会选择相信他们的直觉和日常生活经验,因为这些会让他们更好地生存下去。

打开网易新闻 查看精彩图片

相反,如果我们生活在亚光速世界,就能很直观感受到相对时空观了,感受到时间膨胀,尺缩效应等很多相对论效应。到那个时候,对于低速世界的运行规律反而会不太容易接受了。

这也说明了一点,看待事物的角度不同,得到的结果也会大有不同。就好比我们常常就会认为人类不同种族的战争太残酷,太无情了,我们常常会对在战争中伤亡的人们产生共情,为他们而悲伤难过,为他们祈祷。

打开网易新闻 查看精彩图片

但如果站在“上帝视角”,或者超级外星文明眼里,人类的战争只不过是智商低劣的“猴子们”的一场闹剧罢了!