兩束光反向飛行，兩者的相對(duì)速度是光速的兩倍嗎？

先說(shuō)答案：不是兩倍光速。具體是多少，只能說(shuō)：不知道。

這個(gè)答案好像說(shuō)了等于沒(méi)說(shuō)，但事實(shí)情況就是如此，不要著急，聽(tīng)我慢慢來(lái)分析。

提到光速，很多人會(huì)下意識(shí)想到愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論，這種想法沒(méi)有錯(cuò)，但沒(méi)有弄明白狹義相對(duì)也是有適用范圍的。

狹義相對(duì)論有兩個(gè)基本假設(shè)：光速不變?cè)砗拖鄬?duì)性原理。光速不變?cè)硐氡卮蠹叶己芮宄f(shuō)的是光速的絕對(duì)性，在任何參照系下都絕對(duì)不變。

不過(guò)對(duì)于相對(duì)性原理，很多人會(huì)不太在意，實(shí)際上這個(gè)原理同樣非常重要。按照狹義相對(duì)性原理，狹義相對(duì)論只適用于慣性參照系，也就是慣性系。

什么是慣性系，同時(shí)來(lái)講就是適用于牛頓運(yùn)動(dòng)定律的參照系，也就是靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的參照系。

一般情況下，我們會(huì)認(rèn)為地球就是慣性參照系，當(dāng)然這并不是絕對(duì)的，只是近似，絕對(duì)的慣性系是不存在的。一旦來(lái)到太空，地球就不是慣性系了，太陽(yáng)成為慣性系。當(dāng)然，跳出太陽(yáng)系后，銀河系中心自然成了慣性系。

所以說(shuō)，慣性系是狹義相對(duì)論的基本前提。那么問(wèn)題中的光是在慣性系中嗎？

很明顯，不是。因?yàn)楣獠⒉荒茏鳛閼T性系，光不能作為任何物體的慣性系，也不能作為參照系。因?yàn)榕ｎD運(yùn)動(dòng)定律只適用于宏觀物體，而光屬于微觀領(lǐng)域，它具有波粒二象性，本身就具有不確定性，根本談不上什么慣性，當(dāng)然不能作為慣性系。

所以，任何把光作為參照系的行為其實(shí)都是沒(méi)有意義的。

所以，我們通常所用的速度疊加計(jì)算方式，并不能用在兩束光上。問(wèn)題本身其實(shí)具有很強(qiáng)的誤導(dǎo)性，直接把光看成某種宏觀物體了，顯然是不合適的。

非要計(jì)算兩束光的相對(duì)速度的話，只能給出這樣的結(jié)果。按照速度等于距離除以時(shí)間的方式來(lái)計(jì)算，由于光根本沒(méi)有空間和時(shí)間概念，也可以理解為光的時(shí)間是靜止的，在一瞬間就能跨越任何遙遠(yuǎn)的距離。

相當(dāng)于光在一瞬間就能跨越無(wú)限遠(yuǎn)的距離，也就是說(shuō)，無(wú)限遠(yuǎn)的距離花費(fèi)的時(shí)間是零，相當(dāng)于無(wú)窮大除以無(wú)窮小，結(jié)果是多少呢？我們不知道，或者說(shuō)沒(méi)有意義。

那么，如果我們把兩束光換成兩個(gè)宏觀物體，比如說(shuō)兩艘飛船會(huì)怎么樣呢？

當(dāng)然兩艘飛船的速度無(wú)論如何都不可能達(dá)到光速，這里就假設(shè)飛船的速度非常接近光速，它們的相對(duì)速度是多少呢？是不是非常接近兩倍光速呢？

是，也不是！

因?yàn)楠M義相對(duì)論中的光速限制指的是，在慣性系中局域速度是不能超光速的，言外之意，在非慣性系中，速度是可以隨意超越光速的，比如宇宙膨脹速度就遠(yuǎn)超光速。

還有，大型粒子對(duì)撞機(jī)中，兩個(gè)粒子以非常接近光速的速度飛行，兩者的碰撞速度就超過(guò)了光速，碰撞效果就會(huì)更明顯，這就相當(dāng)于讓一個(gè)粒子不動(dòng)，另一個(gè)粒子超光速與其碰撞。這并不違反狹義相對(duì)論中的光速限制，因?yàn)閮蓚€(gè)粒子的相對(duì)速度超光速，并不是靜止的觀察者看到的運(yùn)動(dòng)速度。

而兩艘飛船就相當(dāng)于對(duì)撞機(jī)里的兩個(gè)粒子，它們的相對(duì)速度肯定是超光速的，如果讓它們相撞，碰撞效果肯定超過(guò)其中一艘飛船不動(dòng)，另一艘飛船以光速與其碰撞的效果。

這種超光速并不違反狹義相對(duì)論中的光速限制，因?yàn)閮烧叩南鄬?duì)速度并不是在慣性系下的速度。如果你靜止在地球上觀察兩艘飛船，它們的相對(duì)速度就不會(huì)超光速，具體是多少呢？

按照我們傳統(tǒng)用到的速度疊加公式，也就是伽利略變換，也就是V=V1+V2，應(yīng)該是超光速了。不過(guò)這種計(jì)算方法在亞光速世界并不適用，因?yàn)橘だ宰儞Q的背景是絕對(duì)時(shí)空觀，而我們知道時(shí)空并不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的。

一旦來(lái)到亞光速世界伽利略變換就不再適用了，因?yàn)閬喒馑偾闆r下，時(shí)間和空間會(huì)出現(xiàn)明顯改變，必須用到洛倫茲變換才行，用狹義相對(duì)論相對(duì)速度疊加公式表達(dá)出來(lái)就是：

從公式中可以看出，當(dāng)V1和V2非常小時(shí)，比如說(shuō)我們平時(shí)經(jīng)歷的速度，那么公式中的分母就趨于1，公式就可以簡(jiǎn)化為V=V1+V2，這就是伽利略變換。但是當(dāng)V1和V2很大，接近光速時(shí)，就不能簡(jiǎn)化為伽利略變換。

所以說(shuō)，伽利略變換就是洛倫茲變換的特例，在低速世界的近似值。在低速世界，我們很難直觀地感受這種變化。

這也是為什么很多人不愿意相信狹義相對(duì)論的主要原因，因?yàn)橄鄬?duì)論違反我們的日常生活直覺(jué)，而大多數(shù)時(shí)候，我們更愿意相信自己的直覺(jué)和生活經(jīng)驗(yàn)，這也是任何物種在進(jìn)化中趨利避害的直接體現(xiàn)。

科學(xué)家們比我們的眼睛更毒辣，他們對(duì)任何新理論的誕生從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)質(zhì)疑，在過(guò)去的一百多年時(shí)間里，相對(duì)論經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次質(zhì)疑和論證，仍舊屹立不倒，這也是相對(duì)論能成為現(xiàn)代物理學(xué)大廈兩大基石之一的主要原因。