如果两束光以反方向运动，它们的相对速度是2倍光速吗？

Question

如题所述

Answer 1

试想一下，如果两束光沿着相反的方向发射出去，它们背向而驰，那么，一束光相对于另一束光的速度会是多少？会是两倍光速吗？这样岂不是打破相对论了吗？

当我们在谈论速度时，需要选择一个静止参照系，参照系选择不同，相对速度也会不同。举个例子，一列火车以速度v相对于地面运动，那么，坐在火车上的观测者甲会认为火车相对于他的速度为0，地面上的观测者乙会认为火车相对于他的速度为v。如果火车上还有一个观测者丙以速度u朝着火车行驶方向前进，地面上的乙会认为丙相对于他的速度为v+u。

然而，对于光速c而言，就完全不是这样了。其他速度需要选择好静止参照系才能得到相对速度，但真空光速却直接有一个计算公式：

在这个由麦克斯韦推导出的光速计算公式中，两个参数都是常数，这意味着光速不会随着静止参照系的改变而发生变化，或者说光速相对于任何静止参照系都是相同的光速。爱因斯坦正是基于光速不变原理，提出了狭义相对论。光速成了绝对不变，而时间和空间变得相对，与参照系选择有关。

另外，由此还可以得到一个推论，那就是不存在光速参照系。因为一旦有光速参照系，光速就会变为零，与上述公式相违背。

在上述例子中，如果这列火车向前发出一束光，那么，甲、乙和丙所测出的光速都是一样的，都为光速c，而不是c-v、c+v、c-v-u。

事实上，我们平时所用的速度叠加原理是基于伽利略变换，这其实是一种近似计算结果，真正的速度叠加原理需要基于洛伦兹变换：

由于光速非常快，我们平时所接触到的速度都是远低于光速，所以上述的速度叠加公式可以近似转化为伽利略变换形式。但在接近光速或者光速的情况下，只能使用洛伦兹变换。

如果光子能被视作静止参照系，把上述公式中的u也取为c，叠加后的速度不是2c，依然还是光速c。因此，两束朝着相反方向运动的光，它们之间的相对速度还是光速c。

当然，对于我们而言，两束光的相对速度是两倍光速，但这个速度与上述相对于参照系的速度是两种概念。同样地，空间结构在超光速膨胀，导致遥远的星系正以超光速在退行，或者说我们相对于遥远星系在超光速退行。

Answer 2

我觉得他们的相对速度不是两倍的光速，首先你要选择一个参照物，是以谁而言为参照物的。以一个静止的物体而言为参照物或者以对方而言，他们的速度是不一样的。

Answer 3

不是，因为光速已经是一个恒定的参照物了，爱因斯坦的相对论也证实了光速的不变性，而光的方向是不固定的，所以已经存在大量反向的光，但各自的速度是不变，相对速度同样不变的。

Answer 4

你真不懂光子相对论，因为有个光速不变原理，但我要加一句，单纬度内光速不变原理！
你更不懂量子力学。
如果你懂如何把两者完全统一，那问题其实很简单。当然目前全世界还没彻底做到。
感兴趣可以看我动态，纬度布态场理论

Answer 5

不是，相对速度是根据静止参照系得出来的，一般不会随着参照物的改变而改变。