V2EX = way to explore
V2EX 是一个关于分享和探索的地方
现在注册
已注册用户请  登录
V2EX 提问指南
find456789
V2EX  ›  问与答

关于光速是恒定的 是不是光的组成其实就是时速 c 的很多小飞船?离开发射仓后,飞船的速度永远是 c,发射仓的速度无法影响小飞船的速度?

  •  
  •   find456789 · 2018-07-18 17:21:53 +08:00 · 2045 次点击
    这是一个创建于 2080 天前的主题,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

    我是个不懂物理的菜鸟,看到纪录片有点蒙

    13:30 开始

    https://www.bilibili.com/video/av1935063

    纪录片里说,坐在车上,车辆运行中,开灯,光的速度也是固定的(光速不会被车速影响)

    但这个难道不是常识吗?

    把光的组成部分,光子想象成飞船,它的速度是 c

    那么当小飞船离开发射仓后, 发射仓的速度不管多快,都影响不了,小飞船的速度吧?

    我手上拿个 雪糕,我的速度会影响雪糕的速度, 如果我手上拿着个玩具飞机,当飞机飞出去后,我跑的再快,也无法影响飞机的速度吧?

    这个纪录片还觉得这很神奇?感觉纪录片有点偷换概念了, 把我往死胡同里引

    求大神指点迷津

    谢谢

    33 条回复    2018-07-19 09:53:29 +08:00
    doubleflower
        1
    doubleflower  
       2018-07-18 17:34:12 +08:00   ❤️ 3
    想象你在路边,一个火车开来,火车里的人向前扔球,球相对你的速度是火车的速度+球的速度,而光束不一样,这个世界的上限是光速,哪怕是在火车上发射光,这明显不符合经典的世界观念
    fyyz
        2
    fyyz  
       2018-07-18 17:39:11 +08:00 via Android   ❤️ 1
    是的,假设你在一架速度为 0.5c 的飞船里,超上下前后左右各射出一道激光,这 6 道激光的光速对任意速度的任意观察者来说都是 c
    takato
        3
    takato  
       2018-07-18 17:40:44 +08:00   ❤️ 1
    不管你在发射仓上看光,还是在小飞船上看光,光的速度都是 c。。
    从经典物理来说这简直就是抽了。。
    经典物理会认为至少其中一个会是 c-v 吧,( v 为小飞船速度),但是确实,不管你在哪看,怎么看,光的速度都是 c.
    find456789
        4
    find456789  
    OP
       2018-07-18 17:43:08 +08:00
    @doubleflower
    你的意思是:
    同样一个球,同样的力度
    在开动的火车上扔出去 和 站在地面人出去, 球的飞行速度不一样吗
    ferock
        5
    ferock  
       2018-07-18 17:43:54 +08:00   ❤️ 1
    但这个难道不是常识吗?
    这是常识,但,为什么呢?纪录片的目的是解释,为什么会是这样的现象。


    那么当小飞船离开发射仓后, 发射仓的速度不管多快,都影响不了,小飞船的速度吧?
    我手上拿个 雪糕,我的速度会影响雪糕的速度, 如果我手上拿着个玩具飞机,当飞机飞出去后,我跑的再快,也无法影响飞机的速度吧?


    这样的表述说明你依然是拟物化的思考这个问题。实际上,这样打比方毫无意义。
    举个例子:
    轰炸机空投炸弹,炸弹和轰炸机相对静止,但下落的时候,却有初速度。。。这算是轰炸机对炸弹实施了影响,还是离开弹仓以后无法影响呢?在这种情景下,你说的是对的,但和光又有什么关系呢?毕竟,光并不是雪糕,也不是玩具飞机。。。光有自己的速度,而不是母体给子体施加的加速度(或者,在你的比方里的初速度)。因为你也认同光速恒定,所以,母体本身就无法对光施加一个初速度,也就是:

    期望光速 = 母体速度+光速

    这样的公式不成立。所以,你的比方在纪录片这一个讨论片段里毫无意义。
    纪录片,只是想让常人明白一点,为什么?

    期望光速 # 出租车速度+光速 ?为什么


    纪录片以通俗易懂的方式解释了这点:因为时间不是恒定的!
    从这个角度来说,你虽然觉得光速恒定是常识,但是,并没有 get 到,时间和空间是相对变化的这个时空的概念。
    而这点恰恰是纪录片在布道的内容。
    codingadog
        6
    codingadog  
       2018-07-18 17:43:56 +08:00 via Android   ❤️ 1
    就是不管你速度多快,光速相对你的速度都是 c
    codingadog
        7
    codingadog  
       2018-07-18 17:44:38 +08:00 via Android   ❤️ 2
    感觉楼主参考系的概念也不清楚
    gfwh
        8
    gfwh  
       2018-07-18 17:45:04 +08:00 via Android   ❤️ 1
    你这个想法最明显的漏洞就是:仅以自己为参考系。
    ferock
        9
    ferock  
       2018-07-18 17:45:42 +08:00   ❤️ 1
    @doubleflower 这个解释,很通俗易懂,适合题主自己思考一下。
    fuxiaohei
        10
    fuxiaohei  
       2018-07-18 17:45:56 +08:00   ❤️ 1
    你在车里,你相对于车速度是 0,但是你相对于地面有火车的速度 v。
    光的速度不管你变换参考系,你是相对与车还是相对于地面,光速都是 c,不会被参考系影响。
    ferock
        11
    ferock  
       2018-07-18 17:46:59 +08:00   ❤️ 1
    @find456789 扔出去的方向,需和火车行进的方向相一致,这样才是这个例子的本意。
    WuwuGin
        12
    WuwuGin  
       2018-07-18 17:47:25 +08:00   ❤️ 1
    首先经典物理学里物体的速度的概念受参照物的影响,比如并行的同速列车对你来说是静止不动的。
    如果推导到光速的话,那么当我在 0.5 光速的飞船上发一束光速,在地面上来说观测就应该是 0.5+1 的光速了吧?但是狭义相对论中空间和时间并不是相互独立的。具体还是要去看狭义相对论的解释。
    GeruzoniAnsasu
        13
    GeruzoniAnsasu  
       2018-07-18 17:48:16 +08:00
    问题在于,小飞船离开发射舱之后

    如果把发射舱加速到 “你以为的”跟小飞船“一样的速度”

    你会看到小飞船还是 c,不管你怎么加速都好,小飞船都是 c
    GeruzoniAnsasu
        14
    GeruzoniAnsasu  
       2018-07-18 17:48:54 +08:00
    @GeruzoniAnsasu “相对于你的发射舱来说”是 c
    youngxu
        15
    youngxu  
       2018-07-18 17:50:58 +08:00 via Android
    @find456789 #4 是啊…
    finab
        16
    finab  
       2018-07-18 17:52:25 +08:00
    这可以看看狭义相对论

    假如你在一辆车上
    从车的一边射一束光线到另外一边。 另外一边测出光的速度是光速 ,光移动了 s 秒

    车外的人看到你发射光线了,也测你在车里射的光的速度时, 会发现光的速度还是光速。从你那边射到车另一边 移动了 s 秒

    但是假如车在运动
    光速保持不变,在外面的人测量时光移动的距离是变化了的。 这时测出的时间就是 s + n 秒 n > 0。
    而在车里面的你来讲,光移动的距离没有发生变化, 测出的时间还是 s 秒
    geelaw
        17
    geelaw  
       2018-07-18 17:55:50 +08:00 via iPhone
    考虑两个惯性系,惯性系 2 相对于惯性系 1 以 u 运动。现在有两个球,分别相对于两个惯性系以 v 运动。则球 2 相对于惯性系 1 以 u+v 运动。

    现在在两个惯性系里分别放置静止的光源,则两束光分别相对于各自的惯性系以 c 运动。但光 2 相对于惯性系 1 的速度也是 c,而不是 u+c。
    GeruzoniAnsasu
        18
    GeruzoniAnsasu  
       2018-07-18 18:00:20 +08:00
    假设你坐飞机上,时速 a
    然后你发射了一道光

    你会看到这道光的速度是…… c
    地面上看到你的飞机飞过,时速是 a,然后地面的人看到你发射了光,光的速度是…… c

    这时候可能还不太感觉得到违和的地方


    接下来,你飞机开始加速,地面上的人看到你飞机越来越快,已经能跟光飞得一样快了
    这时候地面的人看来,你的飞机和光一样速度都是…… c

    问题来了,这个时候你其实在干什么?

    答:你把飞机加速,但发现无论飞机飞多块也永远赶不上射出去的那道光,你发射的光永以 c 的速度在远离你


    怎么解释这个矛盾?

    答:地面上的人看来,你的时间被定格在了飞船和光速相同的那个时刻,地面上的人等一万年,永远等下去也看不到光超过你飞船的那一刻,虽然说这一刻对飞机上的你来说就是一瞬间。

    一万年后,地面上的人发现你的飞船减速了,你回来了,当你落到地面的时候,地面上的人看到光离你的飞船一光分那么远。你走下了飞船,却很诧异: 什么?我把光射出去一分钟后就回来了啊,怎么已经一万年以后了
    metrxqin
        19
    metrxqin  
       2018-07-18 18:07:02 +08:00
    把那个飞船打下来。
    IssacTomatoTan
        20
    IssacTomatoTan  
       2018-07-18 18:08:20 +08:00 via Android
    额 一个是本质的位移 一个是能量的传递?
    swulling
        21
    swulling  
       2018-07-18 18:21:38 +08:00 via iPhone
    从回复看,经典力学还没懂…就别看相对论了
    imn1
        22
    imn1  
       2018-07-18 18:22:35 +08:00
    相对速度和绝对速度的概念
    你想想标枪、铅球、足球掷界外球……这些,为什么要助跑扔得更远?

    这纪录片我没看,但我猜它说的是——光 没有 相对速度
    Loyalsoldier
        23
    Loyalsoldier  
       2018-07-18 18:26:55 +08:00
    有没有人跟我一样认识:很多不符合常规逻辑的解释,都是为了使得某个同样不合常规逻辑的解释合理化而已……数学就是这样产生的,科学也是这样产生的。
    rrfeng
        24
    rrfeng  
       2018-07-18 18:33:08 +08:00 via Android
    先理解速度测量要有参考系这个概念。
    才能再去想光速不变为什么看起来很奇怪。

    没学会走,就不要去跑。
    pWHx3x96
        25
    pWHx3x96  
       2018-07-18 18:52:36 +08:00
    ’光的速度是固定的‘其实是有歧义的,更准确的说法是真空中光速不变,因为光在进入介质时速度会降低。

    要理解为什么 c 不变,首先要明白物理法则是有局限性的。牛顿力学适用于宏观物体在低速(相对于 c )下的运动,这种情况下,人跑动中丢出去的东西是会受到人本身运动速度的影响。在这个阶段参考系的概念就被引入了。

    而光的运动就不适用于牛顿力学了,所以用日常生活中的例子去打比方就会陷入悖论中。爱因斯坦的狭义相对论让学界摒弃了复杂的’以太‘这个概念。
    xiri
        26
    xiri  
       2018-07-18 18:55:33 +08:00 via Android
    楼主显然对参考系的概念不太了解,上面提到纪录片里对光速不变感到很神奇,楼主却说这是应该常识,看了一下楼主的理解,我觉得你应该先了解一下经典力学下的一些情况:

    想象你拿着一个球站在一辆速度为 v 的火车上,这时在地面上的人看来,球的速度就是火车的速度 v,但在你自己看来球的速度为 0
    你把球相对你自己以速度 u 向前扔出(在你自己看来,球的速度为 u ),但在地面上的人看来,球在以速度 v 向前运动的过程中又获得了 u 的速度叠加,所以相对于地面,球的速度为 v+u

    但光速是没法用上面的情况解释的,你在火车上射出一道光,在你看来它的速度为 c,按理说在地面上的人看来它的速度应该是 c+v,但实际上在地面上的人看来你射出的那道光线速度也是 c。

    这应该就是纪录片了感到惊奇的地方皮。
    xiri
        27
    xiri  
       2018-07-18 19:02:32 +08:00 via Android
    拿楼主举得玩具飞机的例子:

    首先初始条件是你拿着飞机在跑的过程中把它抛出,而不是楼主说的抛出后跑多快都不会影响
    然后考虑参考系的问题:
    你把飞机以速度 v 抛出,这个速度 v 是相对你自己的速度,而你自己相对地面是移动的。
    我们讨论飞机的速度时不特别说明的话是相对地面的速度。
    也就是说飞机的速度应该是 v+u,而 u 是由你自己的速度。这样你还觉得你的速度跟飞机飞出去后的速度无关?
    ares611
        28
    ares611  
       2018-07-18 19:22:29 +08:00 via Android
    你的理解应该是这样的:飞机在航空母舰上起飞后,不管母舰再加速或者减速都不会影响到飞机的速度了。这是常识。但是纪录片里说的光速不变是指相对任何参照系光速恒为 c。对应到飞机与航母就是飞机在航母上起飞后不管航母加速或者减速,母舰上的人看到飞机飞行的速度相同,这不符合常识。飞机的速度和观察者的参照系有关。飞机相对海岛的速度是不变的 v,但相对于航母的速度不是 v,要考虑航母相对于海岛的速度。
    shansing
        29
    shansing  
       2018-07-18 19:42:05 +08:00   ❤️ 1
    关于相对论正好可以安利一下李永乐老师最近的视频:
    shansing
        30
    shansing  
       2018-07-18 19:42:52 +08:00
    呃,霸屏了,对不起大家。不记得 YouTube 链接会自动解析了。抱歉。
    fetich
        31
    fetich  
       2018-07-18 22:52:07 +08:00
    @shansing 这个李永乐是谁啊,考研见过他名字,油管上也有他的推荐视频。好好的线性代数不教,搞物理(笑
    shansing
        32
    shansing  
       2018-07-19 08:22:39 +08:00
    @fetich 应该跟教考研数学的是同一人吧。据他自己说是为了把知识传播得远一些,涉及范围大多是中学的数学、物理、地理等知识和大学的基础数学等知识。讲得深入浅出,挺好的。
    clino
        33
    clino  
       2018-07-19 09:53:29 +08:00   ❤️ 1
    感谢楼主,这个视频挺好看的,而且全部有 4 集,我打算有空全看了

    关于光速恒定,我记得没多久前看过方舟子的文章,说到光速不变最初是由麦克斯韦方程的要求:"麦克斯韦电磁方程要求所有的电磁波在真空中都以恒定的速度(也即光速)传播",而"相对性原理最早是伽利略提出来的,它认为对于任何不做加速运动的参照系(即惯性参照系),运动定律都是等价的。"

    相对论是认为这两条都对的前提下推导出的理论

    "科学大争论——以太是不是真的存在?" https://mp.weixin.qq.com/s/g-4Lz8l1_7IJVRKf_fLPPA
    关于   ·   帮助文档   ·   博客   ·   API   ·   FAQ   ·   我们的愿景   ·   实用小工具   ·   2657 人在线   最高记录 6543   ·     Select Language
    创意工作者们的社区
    World is powered by solitude
    VERSION: 3.9.8.5 · 29ms · UTC 15:49 · PVG 23:49 · LAX 08:49 · JFK 11:49
    Developed with CodeLauncher
    ♥ Do have faith in what you're doing.