速度疊加問題？

12-29

忽然想到一個初中物理沒弄明白的問題，如果一輛火車以光速行駛，當該火車把燈打開的時候，火車燈光的速度是不是等同於2倍光速？根據愛因斯坦所說，超過光速時間倒流，那麼火車燈光是不是不會出現呢？腦殘，請用白話文描述，謝謝各位大神

謝邀。

我想主要的疑惑是，如果我在一艘50公里每小時的輪船上駕駛著每小時50公里的摩托車往同個方向前進，我的速度應該是50加50等於100公里每小時。那為什麼1光速加1光速就不是2光速了呢？

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大家都知道光在真空中的速度永遠都是c。在空氣里，大概是c。所以車上出來的光速還是1c，別說2c，1.1c都不可能。

當然，火車這個有質量的東西想要達到光速，基本上在經典物理裡面是不可行的。所以我稍微改一下題目:

- 如果有一艘飛船在0.9c的速度往前進，然後有一人駕駛著一輛摩托車也是已0.9c的速度在飛船上往同一個方向前進，那摩托車的速度「疊加後」到底是什麼？

首先，答案當然不是1.8c。速度並不是「疊加的」，而是相對的。。。。我想了想，還是用一個小學生都可以用的公式來解釋最簡單，我覺得這比大白話或打比方容易多了。

v和u是飛船和摩托車的速度（或任何兩個東西本身的速度）。c當然就是光速。s是用狹義相對論推到出來的相對速度，也就是你想知道的，所謂的「疊加後的速度」。

拿出計算機算算。

答案：0.9c加0.9c 等於0.99c左右，而不是1.8c。

用這個公式，在速度（v或u）最大值是1c的前提下，s最大值也就只能是1c。所以你上面問的1c加1c，答案也就是1c。

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這個公式不單單可以用來計算接近光速的東西。普通慢的東西也可以。比如說一輛車就0.001c（其實也很塊啦），你再往前丟個蘋果用0.001c的速度（這臂力絕對牛逼）。用上面那個公式算，答案大概是0.002c（0.00199998...c）。

所以！速度比較慢的時候（也就是我們平常周圍世界裡所了解的速度），速度加上速度的確可以用1加1大概等於2來簡單的計算。這也是我們平常都在用的"速度疊加"的計算方法。不過速度靠近光速時，相對論的效果更明顯，速度1加1就不是2了。

PS: 最後，別忘了光速可是真空中大約為30萬千米每秒。。。

我覺得題主要的不是「是什麼」，是「為什麼」

不是愛因斯坦的相對論怎麼算這個速度，而是為什麼相對論會這麼算，為什麼會推導出這些，為什麼不能簡單的按照生活尺度上的概念（火車，燈光）去理解。那我覺得最重要的是給你理一下邏輯。

我的回答是這樣的：沒有為什麼，這就是我們對自然的觀察結果。

狹義相對論里假設了任何坐標系光速不變，注意這裡是假設，是一個原理，是猜的，然後推導出了很多東西。最後在試驗中證明了這個理論是對的！

需要注意物理這門學科的邏輯，他跟數學不一樣，物理是對大自然的觀察與總結。沒有一個東西是天然正確的，都是我們觀察到現象，提出一個理論，最後實驗驗證理論是否正確。

相對論就是這樣一個產物。我們面對了過往理論解釋不了的現象，在這個現象的基礎上，根據兩個原理（相對性和光速不變性），推出了很多理論，然後實驗證明，確實是這樣。

那為什麼是這樣？為什麼時間和空間有關係？為什麼接近光速時牛頓力學不適用？為什麼光速不變的假設是對的？不知道，自然就是這麼實現的。

而且「為什麼」這個問題可以一直問下去，物理的盡頭是哲學，現在沒有人解釋的清。

但是，在物理的範圍內，實驗告訴我們，就是這樣的。實驗告訴我們，在接近光速的時候，牛頓力學不適用，要用相對論。實驗還告訴我們，空間和時間有關係的。根據這個實驗驗證過的理論，光速行駛的火車的燈光還是光速的。

為什麼？因為相對論是對的。為什麼相對論是對的？因為實驗驗證了。為什麼實驗結果（自然現象）是這樣的？不知道，反正這就是我們的觀察結果啊！

嗯，邏輯上講，就是這樣。

如果你在坐在普通火車上，讓後你在火車上跑，那就是2個速度疊加，但是光速火車不行，速度只能是光速，不能是光速加上你的移動速度！！！

兩點，第一，任何有質量的物體速度不能達到c只能小於c設為v1。火車上的光不管什麼參考系看來都是c

非物理專業相關，所以不懂公式。只是今天正好在 youtube 上看了一系列的視頻，過來分享一下。

https://www.youtube.com/watch?v=dOVp8FypiTo

超乎想像的宇宙 1：無限空間 (720p) The Fabric of the Cosmos 1：What is Space

推薦題主有時間可以看一下，一共有四部。這個問題出現在第一部里。現在就容我稍加複述。

首先，space 和 time 兩個概念導出了速度這一概念。

space 是指我們所在的空間。想想一下經線和緯線，它們存在於我們的感覺之外。例如在真空中，唯一存在的就是虛無本身，也就是空間。然而根據相對論，空間是可以扭曲的。比如引力強大的恆星和黑洞，通過扭曲空間，對像地球之類的物體施加引力。

time，就像一條河，雖然流向不會改變，但是流速會改變。根據相對論，在高速運動的狀態下，時間的流速會變慢。紀錄片中提到了一個實驗，一台載在飛機上繞地球飛行的銫原子鐘會比安置在地球上的銫原子鐘走得慢一點。依舊根據相對論，引力越大的地方，時間流速越慢。結合第一點，也就是，空間扭曲大的地方，時間流速慢。space 和 time 其實緊密相關，可以作為一個概念來看，也就是 spacetime--時空。

那麼為什麼不能超過光速呢？因為一旦速度接近光速，時間就會變慢，空間就會扭曲，讓光單位時間通過的距離（空間），即速度恆定在一個上限值上，也就是光速c。這是時間和空間「合作」的效果。這是我們這個宇宙 spacetime 的規律。

以上是我複述的紀錄片的觀點，歡迎打臉

請讀這篇巳發表的文章：

A new approach to the correction of Galilean transformation。（Physics Essays 2015 第二期）（SCI）。搜索文章標題有鏈接。

這篇文章解釋了 光速疊加問題，並展示了洛倫茲變換隱藏一個內在的、不可克服地邏輯矛盾，正是這個矛盾導致了時間膨脹地結論。

速度不能直接加孩子

牛頓定律不適用高速運動的物體

根據愛因斯坦的狹義相對論，L=L，根號下1-v^2/c^2。也就是說當火車的速度是光速時，火車的長度將被壓縮至0

但根據智能公式E=MC^2加速到光速需要的能量是無窮的！所以達到不了！

而且相對論基於光速最大

即使1光速和1光速疊加也不會是2光速