舉著手電筒跑能不能超光速？

光速（299792458米/秒）約3×108米/秒，是非?？斓乃俣?，沒有人能超過光速，這些內(nèi)容無論是從物理課上，還是從科普書籍，又或者是從科幻電影中，你都有聽說過。

但你想沒想過，如果找個人舉著手電筒跑，那這時手電筒發(fā)出的光難道不會比站著不動時更快嗎？這么簡單的方法居然沒有人想到，哈哈哈，我可真聰明呀！

很可惜，這個方法并不能超光速，至于為什么，這里面的道理和故事有點曲折，我們接下來細(xì)細(xì)分解。

之所以我們會覺得舉著手電筒跑能超過光速，是因為我們把日常生活中的規(guī)律，錯誤的應(yīng)用在了它本來并不適用的領(lǐng)域。

一般我們測量一個物體速度，都需要先找到一個參照物，這個參照物在大多情況下都是地面。

如果我們測出了一個運動物體相對觀察者的速度（v物-觀），再測出觀察者與地面之間的相對速度（v觀-地），那很容易就能算出物體相對于地面的速度（v物-地=v物-觀+v觀-地），但參照物的規(guī)律在光速上并不適用。

科學(xué)家們一開始也沒意識到這個問題，還是按照之前的速度來研究光速。

當(dāng)他們站在地面上不動的時候，測出了一個光速相對于自己的速度大?。s3×108米/秒）。這時他們覺得自己測到的是相對于自己的速度，但就像我們一般更想要知道物體相對地面的速度一樣，科學(xué)家們也想知道，光速是參照什么得出的。

于是他們改變運動狀態(tài)，這就有點類似一邊跑一邊測光速了，不過出乎意料的是，跑著測出來的光速也是這么大（約3×108米/秒），而且無論是改變自身速度的大小，還是改變自身運動的方向，測得的光速始終都是同樣的大小，就好像它特意為了你調(diào)整自己一樣。

甚至如果多個觀察者以不同的運動狀態(tài)同時測量光速，那每位觀察者測得的結(jié)果竟然都是相同的，無論你朝哪跑、跑多快，測出的光速都是約3×108米/秒。

這就徹底顛覆了之前描述一個物體速度必須先找參照物的規(guī)律，換句話說，光速沒有一個明確的參照物，誰測它它就參照誰，不管參照誰，他的速度都是那么大。

可以想象，當(dāng)年的科學(xué)家們面對這種測量結(jié)果時的驚訝與不解，有些人試圖用原有的理論體系來解釋神奇的光速現(xiàn)象，但最終都以失敗告終。

而有一個人，面對這些測量結(jié)果，卻迸發(fā)出來驚人的創(chuàng)造力，這個人就是愛因斯坦。他不再抗拒光速不變這件事，反而以光速不變?yōu)榍疤峒僭O(shè)，經(jīng)過理論分析，提出了大名鼎鼎的狹義相對論。

狹義相對論有很多有意思的推論，每個都像光速不變這么反直覺，比較常見的包括運動的尺會變短，運動的時鐘會變慢等，這些結(jié)論咋一聽匪夷所思，但在后來的科學(xué)探索中卻都得到了很好的實驗驗證。

至此，光速不變這件事，就從一個大家都難以接受的測量結(jié)果，變成了科學(xué)界普遍承認(rèn)的客觀事實，即使你再覺得難以接受，那也只能接受，沒辦法，這時客觀事實呀。

那回到我們最初的問題，舉著手電筒跑，發(fā)出的光會比光速更快嗎？現(xiàn)在我們不但能回答“不能”還可以將答案進(jìn)一步展開，在跑步的人眼中，可以看到光速是約3×108米/秒，而在靜止的觀測者眼中，光速也是約3×108米/秒，所以綜上所述，即使是讓博爾特來舉著手電筒一路狂奔，也超不了光速。

作者：問題小分隊

審核：中國科學(xué)院物理所 研究員 羅會仟

出品：中國科協(xié)科普部

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