為啥光速不可超越，背道而馳的兩束光疊加在一起能夠超光速嗎？

這是很多人的疑問：既然光速是不可超越的，那么兩束方向相反的光，對其中一束光而言，另一束光的速度看起來是二倍光速嗎？簡單的說，就是兩束光疊加起來會不會超過光速呢？如果不會 ，這似乎沒有道理呀。

其實(shí)這就是光速的特性，簡單的說，在狹義相對論中，就叫光速恒定。這個恒定不變包含著幾重意思：

第一，光速極限，不可超越。

這就是說，真空光速是我們世界最快的速度，任何有靜止質(zhì)量的物體都無法達(dá)到，更無法超越，1個電子也不行。經(jīng)過百年實(shí)踐檢驗(yàn)，現(xiàn)在認(rèn)定與光速并駕齊驅(qū)的只有引力波，其次是中微子，但其由于靜質(zhì)量不為零，就比光速略慢一點(diǎn)點(diǎn)。而所謂超光速或可能超光速的幾個事物，如宇宙膨脹、曲速航行、蟲洞穿越、量子糾纏不屬于物質(zhì)運(yùn)動速度，沒有能量和信息的傳遞。

這就是光速極限，其遵循愛因斯坦質(zhì)能方程和質(zhì)速關(guān)系方程，這兩個方程的表達(dá)式為：

質(zhì)能方程：E=MC^2。這里E為能量，單位J（焦耳）；M為質(zhì)量，單位kg（千克）；C為光速，準(zhǔn)確值為299792458m/s（米/秒）。

這個公式揭示了物質(zhì)中蘊(yùn)含著巨大能量，質(zhì)量和能量是等價互換的，不管是1千克蘿卜白菜還是1千克黃金鉑金，其里面蘊(yùn)含的能量都是一樣的，只要誰有這個本事把其質(zhì)量全部轉(zhuǎn)換出來，其能量就驚天動地，1克質(zhì)量就相當(dāng)2萬多噸TNT烈性炸藥的能量，相當(dāng)1顆半廣島原子彈。

質(zhì)速公式：M=m/√[1-（v/c）^2]。這里M為物質(zhì)的運(yùn)動質(zhì)量，m為物質(zhì)的靜質(zhì)量，v為運(yùn)動速度，c為光速。

這個公式揭示了速度與質(zhì)量的關(guān)系。在低速狀態(tài)下，物體的動質(zhì)量變化不大，甚至可以忽略不計；速度越大，物體的動質(zhì)量越大，速度趨向光速物體的動質(zhì)量趨于無限大。因此如果1個質(zhì)子或者1個電子達(dá)到了光速，動質(zhì)量也將變得無限大。而我們宇宙質(zhì)量也是有限的，這就是一個悖論。這說明有靜質(zhì)量的物體，不管其多小，達(dá)到了光速都會摧毀整個宇宙。

第二，光速恒定，不可疊加。

這個意思是說，在任何參照系真空光速都是一樣的。當(dāng)然光速在不同的介質(zhì)里速度會不一樣，有時候比其他物質(zhì)運(yùn)動還要慢，但這并不能否定真空光速是我們世界的極限速度。

而且光速是恒定的，這個恒定有兩個含義：一是在任何參照系都是一樣的，也就是說，不管你在地球上看，還是在月亮上看，還是在火星上看，還是在太陽系以外甚至銀河系以外看，都是一樣的；二是光速不可疊加，這也就是說在前進(jìn)的火車上往前面射出一束光，或每秒30千米公轉(zhuǎn)速度的地球上射出一束光，其速度與在地面上反公轉(zhuǎn)方向射出一束光速度是一樣的，不能疊加參照系速度。

其實(shí)這個問題早在1887年就得到了解決，這就是著名的邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)。

他們實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲C實(shí)以太的存在。以太是古希臘哲學(xué)家亞里士多德設(shè)想的一種物質(zhì)，他認(rèn)為在空間除了我們認(rèn)識的物質(zhì)，還有一種看不到摸出找的東西，他把它叫“以太”，光線、星球等都是在以太中運(yùn)動。這個說法一直在科學(xué)界流傳并爭議了幾千年，從來沒有得到證實(shí)或否定。

美國物理學(xué)家阿爾伯特·邁克爾遜和愛德華·莫雷于1887年做了一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)，目的是為了證實(shí)地球在以太中的速度。他們把一束光通過分光鏡分成兩束光，分別射向不同的方向再折射到觀測屏，結(jié)果發(fā)現(xiàn)向著地球公轉(zhuǎn)方向和反向的光速是一樣的。要知道地球公轉(zhuǎn)線速度為每秒約30千米，光速向前方射出就應(yīng)該加上每秒30千米的速度，但卻與反方向光速是一樣的，這說明什么呢？

這個實(shí)驗(yàn)不但從此給所謂的以太論畫上了一個句號，證實(shí)宇宙中沒有這種神秘的以太，而且無心插柳的證實(shí)了光速恒定理論。就是說不管在任何參照系，不管是速度疊加不疊加，光速都是恒定的，其遵循洛倫茲變換公式。

愛因斯坦就是總結(jié)了歷史上這些這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，形成了狹義相對論的理論基礎(chǔ)，其中采用的一個重要公式就是洛倫茲變換公式。省略整個繁瑣的演算過程，洛倫茲變換公式簡要表達(dá)為：V=(V1+V2)/(1+V1xV2/C^2)。這里，V表示物體疊加速度，V1、V2為兩個運(yùn)動源速度，C為光速。

這個公式是高速情況下反映真實(shí)世界的公式，它比伽利略變換1+1=2是一次飛躍，說明這個世界是相對的，不是絕對的，由此絕對靜態(tài)宇宙觀被破除，人類開始從本質(zhì)上認(rèn)識這個世界，就是宇宙是相對的，在運(yùn)動中不斷變化的。這成為了狹義相對論的立論基礎(chǔ)，并且最終個引申出了廣義相對論。

狹義相對論認(rèn)為，時空隨著速度的變化而發(fā)生尺縮鐘慢效應(yīng)，廣義相對論認(rèn)為引力場讓時空成為相對的，引力場越大，時間越慢，在黑洞中時間停止。

這就是光速的精髓，在愛因斯坦最偉大的理論狹義相對論和廣義相對論中，到處可降到光速的影子，光速在其中扮演著時空標(biāo)準(zhǔn)的角色?，F(xiàn)在，光速的這些定義充斥著科學(xué)理中一切地方，100多年沒有人能夠突破這個杠杠，誰有本事突破，就成為新時代的愛因斯坦。

現(xiàn)在來說說所謂的背道而馳兩束光的速度能不能疊加。

還是前面說的一樣，不能。這個依然適用洛倫茲變換公式，任何情況下都無法超越光速。而且從邏輯上說，超越光速就看不見。

我們隨便舉個例子，我們看到的恒星，有的距離我們幾億光年，有的距離我們只有幾光年，這些恒星有的背著我們運(yùn)動，有朝著我們運(yùn)動的。如果背著我們運(yùn)動的就超光速，向著我們運(yùn)動的就低于光速，我們怎么能夠憑著這些恒星傳到我們視網(wǎng)膜的光來測算出他們距離呢？

人類是依靠感光來觀測的，如果作為一個觀測者站在遠(yuǎn)處，看到兩束光背道而馳，這些觀測者看到的是兩束分別不同的光，光速A和光速B都在以光速運(yùn)行，它們各自并沒有超越光速，沒有任何疊加一起算的理由。

如果這個觀測者跟著A光源運(yùn)行觀測B光源，根據(jù)尺縮鐘慢效應(yīng)，在光速中時間為零，空間為零，似乎沒流逝任何時間和空間，看到的B光源永遠(yuǎn)都是那個樣子。

人類觀測任何東西都是依靠光源或者光的反射，要有光到視網(wǎng)膜才能夠“看到”，而光是有速度的，約30萬千米每秒，如果真的有超越光速的東西來到人的視網(wǎng)膜，有兩種情況可能發(fā)生：一種就是向著我們運(yùn)動，但這個物體過去了以后，他的影像還沒有到達(dá)我們的眼簾；另一種就是它們超光速離我們而去，我們將永遠(yuǎn)看不到它發(fā)出的光。

就是這樣，歡迎討論，感謝閱讀。

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