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这是一个网上问答题,很多人参入了讨论,我来回答一下吧。
一,在回答这个问题之前,咱们先来了解一下爱因斯坦的狭义相对论的“光速不变原理”。
这个原理准确的阐释是:光在真空中的速度相对于任何惯性系是不变的,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变,换句话说真空中的光速对于以任何速度运动的观察者来说都是相同的。狭义相对论认为宇宙中任何物体的运动速度不能超过光速。这是对任何惯性系运动速度的限制。所以目前的认知水平和技术水平,是制造不出光速飞船的,因为物体质量的膨胀效应会使接近光速的飞船的质量趋向于无穷大,要想推动它达到光速需要无穷大的能量,如果宇宙是有限的,那全宇宙的能量也不够,因而是不可能的。既使制造出来,以光速运动的物体在太空中即使碰上一粒尘埃也会灰飞湮灭。
爱因斯坦说他青年时常常想一个问题:人如果追上光会怎样?会发生什么?……后来他创立了相对论,成为世纪伟人,
年轻时的爱因斯坦
咱们今天这个问题有点类似,咱们下面来做一番讨论。我认为达到光速大小和追上光是两个概念,任何物体你既使达到光速(这是不可能的),甚至超越光速(这更不可能,这里只是打个比方,是为了更好的表达解释),但永远也追不上光。光对于任何速度的参考系都是光速。光速与介质时空特性有关,光在介质时空的传播是光触发了介质时空本身的特性,而时空还具有相对性,使得这个时空特性对于任何参考系都是不变的。
二,题目作了假设,说“如果”飞船以光速前进(这里当然是匀速了),这个假设已经达到了光速限制极限,那我们也不妨用狭义相对论的上限来解释:
即使飞船以光速前进,飞船发出的光(光的传播与光源的运动状态无关)对于飞船来说仍然是光速。所以宇宙飞船以光速前进,如果前面有路面,打开大灯照明肯定能照亮前方的路。这是事实。
但飞船里的人却未必看到,这有两种情形。
第一种情形,按理讲这么快的飞船肯定是在太空,不会在地面,太空没有空气没有地面,光发出后没有任何物体来反射光,所以你根本看不到。
第二种情形,即便真存在一个路面反射光,飞船相对于路面是光速,那会什么情形呢?由于光射到人的眼睛再加上大脑的反应是需要时间的,还产生“视觉暂留”现象,大概有0.1――0.4秒时间,这段时间光已经在路面上移动了3万――12万公里了,所以人眼看到的光有延迟,并不是当前的光,后面的光在大脑中留下的影像覆盖前面的光影像,飞船速度太快了,结果眼睛什么也看不到了,也许是淡淡的白蒙蒙。
而路面等周围物体空间会产生相对论膨胀效应。观察高速运动的物体时,物体的形状会发生扭曲,随着速度的加快,你还能看到物体的侧面。
周围物质相对于飞船也是光速,所以飞船中的人观察周围物质就变成了上图的情形,当然这是为了表达清楚而用白天来表示,并加以夸大清晰。
实际上如果周围是真空,根据相对性原理,根本不能确定飞船的状态是光速还是静止。飞船打开大灯照明就像静止在地球上的探照灯射向空中一样:如果空气中有杂质,将会看到一条“光柱路”,如果空气中没有杂质,将什么也看不到,根本没有什么路。
三,小结
总之,如果一艘宇宙飞船以光速前进,打开大灯照明的话,如果前方有物体的话,会把前方照亮,如果前方没有物体的话,将不会照亮前方。而飞船中的人不管是哪种情形,都将看不到。
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