有关“相对论”的一些误解

设想一宇宙飞船正以光速行进,此时从船尾一电子枪里发射出一个电子,则飞船和电子的速度叠加会令电子的速度超过光速(相对于船外观测者)——而这是不可能的,宇宙中不存在大于光速的速度,与观测者和参照物无关,所以电子的速度只能为零(相对于飞船)。不仅仅这个电子的速度为零,船中的所有物质的速度也都会为零,相对于船来说是静止的,在这种状态下,能够发射出电子的电子枪也是不可能存在的。

一物体的速度趋于光速时,其内部物质的运动趋于静止,而时间正是对物质运动的一种度量(或说是“反映物质运动的一种物质属性),所以时间也会趋于停止。
由此,一物体的温度趋于绝对零度时,其内部物质的运动趋于静止,则其内部时间亦趋于停止?

深知此推导定是错误的,源于对“相对论”的误解。请教行内人士予以解惑:

1.两个相对于第三者以光速相向运动的物体,它们相对于对方来说,速度亦为光速?(为何不是两倍的光速)
2.解释上面关于温度趋于绝对零度所致的时间停止的谬误。

(wolfkim注:恳请针对问题回答,请勿复制一大堆无用的来。追加50分)
多谢“元始天尊”、“我的普林斯顿”、“龙关”和“宇筠锋”先生予以的耐心和精彩回答。

关于第一个问题,我想已经得到了答案,正如大家所提到的,问题出在推导用的是伽利略变换而非洛仑兹变换上。“宇筠锋”先生的“1.8c”我想是不存在的,因为无论在何种参考系中或是相对于任何观测者,速度不会超过c。

关于第二个问题,依然很模糊。当然在哲学上,没有不运动的物质,也没有无物质的运动,所以在提问中用到“趋于”一词。“元始天尊”以“地球在带动那个趋于绝对零度的物体运动”来说明此物体“不可能绝对禁止”,而问题中所要表述的是以此物体为参考系,其内部物质(可以具体到每个粒子)相对于它来说静止,那么其“内部”的时间是否趋于停止。所以我想地球转不转与之无关。
大家都提到了绝对零度下物质的动量和能量,可能这才是问题的关键,但,恕某学浅,无法从理性上理解(从感性上倒可以根据未经证实的“超弦理论”揣测出可能存在的状态:组成物质的粒子是静止了,但其更为微观的组成“弦”还是在不断波动的,正如我们看不到一个静止的苹果其内部的原子分子运动一样,而这种“弦”的运动正是绝对零度下“静止”物体的动量和能量的根源所在)。

1、“两个相对于第三者以光速相向运动的物体,它们相对于对方来说,速度亦为光速?(为何不是两倍的光速)”
不要说物体达到光速,这对于静止质量不为0的普通物体是不可能的。达到光速的,比如光子,其相关的情景是相当奇异的,你的问题不需要涉及这个麻烦。
相对论中的观测者及其所在的惯性系很重要,当我们描述一个现象时,一定要明确这是哪位观察者说的,这位观察者相对于哪个惯性系静止(暂不考虑广义相对论所涉及的非惯性系)。如果这两者中的一个不明确,那描述就可能是无意义的;如果这两者都不明确,那描述肯定毫无意义。不同观察者的描述可以大相径庭,但彼此却又没有内在的矛盾,还可以通过洛仑兹变换相互“翻译”。就像一个立方体,你从一个侧面正对着看过去是一个正方形,转一个角度就变成了两个矩形,再转一个角度还可能是三个菱形。这三种不同形状的描述哪个对?都对!这里的旋转角度的变换,与上述的洛仑兹变换的作用是类似的。
严格地重述你所说的情景(添加了一些条件,也改变了一些条件,但无损于你的问题的本质)——
取地面惯性系及其中的观察者A。A看见:飞船以0.9c(c为光速)向东飞行,飞船尾部向后发射的电子以0.9c向西飞行。
取飞船惯性系及其中的观察者B,取电子惯性系及其中的观察者C。B看见:A以0.9c向西飞行,C以0.9945c向西飞行(请用相对论的速度叠加公式,而不要用那个看似理所当然但实际并不精确符合宇宙运行规则的伽利略速度合成法则)。C看见:A以0.9c向东飞行,B以0.9945c向东飞行。
注意!A还可以看到:B相对于C以1.8c向东飞行,而C相对于B以1.8c向西飞行。这里似乎出现了超光速,但这不违反相对论!相对论禁止的是直接相对于观察者的超光速,并不禁止在某观察者看来的第二物相对于第三物这种间接的超光速!注意领悟其中的微妙之处。
我看你的问题就在于没有明确观察者:“它们相对于对方来说的速度”如果是A的观点,那就是1.8c;如果是B或C的观点,那就是0.9945c。
如果你明白了上面所说,你就会明白你随后的推理都是不对的(因为随后的推理是基于一个错误的前提——“电子的相对于飞船的速度只能为零”),那我也就没必要回答你的第二问了,对吧?不过,还是有兴趣提一点:你所说的静止对于同一个物体没有统一的意义(因为一个物体即便内部粒子都静止——这其实也不可能——该物体的机械运动仍然是可以不静止,这个内静外动的物体到底算静还是动?),与这样的不确定的静止相应的时间停止又怎会有意义?
相对论是很有趣的,也常常是很难理解的。就中等智力水平的我的个人经验来说,大约是在十几年的时间里断断续续反反复复地看了狭义相对论十几遍,才终于可以确认:啊,我已经入门啦!请以更大的耐心和兴趣不断学习相对论吧!
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第1个回答  2008-08-10
1.两个相对于第三者以光速相向运动的物体,它们相对于对方来说,速度亦为光速?(为何不是两倍的光速)
答:相对于对方仍然为1倍光速。因为接近光速时我们平时用的普通的牛顿伽利略式的相对算法已经不能成立了。此时应该采用洛仑兹公式(你可以参考狭义相对论的内容,及公式),根据那个公式,任何一方A的速度达到光速,另一方B无论是什么速度,相对于A而言都是一倍光速。所以光速飞船上的电子枪是可以存在的。对于外面的观察者而言仍是光速。 再比如光速飞船上的灯光也是光速,不管哪个方向我们在飞船上看到的和平时没有区别的。
2.解释上面关于温度趋于绝对零度所致的时间停止的谬误。
绝对0度时,只是说明它的内能为0,而根据爱因斯坦质能方程,E=mc^2,只要物质存在即有质量,也就有能量存在。况且物体的运动不可能绝对静止的,我们整个地球都在时刻运动着。本回答被提问者采纳
第2个回答  2008-08-10
楼主的两个问题从公式角度来解释比较显而易见,这里就不再赘述。我就从理论的角度(基于我的理解)来做些补充。

相对论中的时空观与人们日常生活大不相同。在日常生活中,我们习惯认为时间是绝对的,无论你所处位置多么特殊时间都是和他人统一标准的。相对论中则不这么认为,它认为时间是相对的,每一个特定的状态都对应着特定的时空,时间与空间的标准是不一样的。两个相对于第三者以光速相向运动的物体,它们相对于对方速度亦是光速。这一结论就是基于它们的时空标准不一。

前面提到,特定的状态对应着特定的时空标准。换句话说,处于相同状态(准确的说法是处于同一惯性系)的两物体有统一的时空标准。所以当一物体趋于光速时,自视其内部物质的运动与其静止时自视内部的结论是相同的,并不会得出“内部物质运动趋于静止抑或时间趋于静止”的结论。因为这物体整体都是处于同一状态下的(前提是物体内部物质的运动相对整体可忽略,不可忽略时作为不同物体处理)。“内部物质运动趋于静止抑或时间趋于静止”这一结论只能由静止参考系的观测者得出。

至于问题中关于绝对零度的问题并不是相对论涉及的。相对论研究的是宏观运动以及引力方面的问题。绝对零度的概念属于热力学范畴,是微观的。将其放入相对论的范畴并不合适。况且时间的流逝由时空结构决定,并不是物体的运动属性。
第3个回答  2008-08-11
应该这么理解吧。宇宙中不存在大于光速的速度,不代表飞船可以达到飞船的速度吧。
你所设想的,飞船与一个参照物静止为光速。那么,你想下,这个参照物在飞船的反方向如果有一个哪怕是时速1KM的另外一个物体,那么飞船相对于这个物体的速度就超过光速了。
我不太了解相对论。觉得你有点用宏观的东西来理解微观了。相对论比较实用与微观,你这种分析思路是在牛顿力学基础上的宏观状态。
绝对零度不代表物质内部是静止的吧。也许偶是错的。胡乱写的,没有根据。懂得人说吧。
第4个回答  2008-08-11
我认为:

一个物体不能运动到光速(300000KM|h) 所以相对论从跟本上就是空洞的,无法验证的。

其次,到温度达到0开尔文的时候,时间就会停止,被冻住,更是过于抽象了……
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