運動中的物體發出的光是按照光速傳播的嗎?火星一號2018-05-04 01:16:47

運動中的物體發出的光是按照光速傳播的嗎?

是的,運動中的物體發出的光仍然以光速運動,而不會以物體的速度加上光速的速度運動。速度都是相對而言的,例如,有艘飛船以速度v相對於地面飛行,有人在飛船上向前丟擲一個初速度為u的小球,那麼,在飛船上的人(保持靜止)看來,小球的速度為u;在地面上的觀察者(保持靜止)看來,小球的速度就是v+u。

然而,如果把小球換成光,即飛船向前發射出一束光,那麼,這束光相對於飛船和地面上的觀察者來說都是以光速運動。雖然速度是相對的,但光速很特別,它是絕對不變的。關於這一點,可以利用以下狹義相對論的合速度計算公式加以說明:

運動中的物體發出的光是按照光速傳播的嗎?

如果u為任意速度,v為光速c,那麼,任意速度與光速的合速度為w=(u+c)/(1+uc/c^2)=c。因此,不管相對於具有怎樣運動狀態的觀察者,光速始終是光速。

此外,如果考慮飛船的速度為v=0。9c,小球的速度為u=0。2c,那麼,對於地面觀察者而言,小球的速度是否為1。1c,超過了光速?答案是否定的,在這種接近光速運動的情況下,小球相對於地面觀察者的速度不能透過v+u計算出來,而是要用到上面的相對論公式,代入可得速度為0。93c,即小於光速。注意觀察上述公式,當u和v遠小於c時,合速度就變為v+u的形式,所以我們日常生活中所使用的是一個近似公式。

運動中的物體發出的光是按照光速傳播的嗎?

由於光的傳播速度極快,想要精確測量光速比較困難,而且測量值還依賴於標準米的定義。再考慮到光速具有不變的特性,因此,科學家以最精確的光速測量值為基礎,把光速定義為一個固定值,然後再反過來重新定義一米的長度,這樣可以減少很多麻煩。