小孩在光速列车上跑,不能超光速初中水平就能懂,让你怀疑人生

2025-05-07 04:34:11

如果让爱因斯坦来回答,肯定是不会超光速,并且还会说这种假设不存在。

爱因斯坦为什么说肯定不会?

首先我们分析一个这个问题,列车为运动状态,小孩在运动的列车上动。之所以会有这个问题是我们曾经学习过的伽利略变换告诉我们,相对速度就是两个速度加法或减法的问题,so easy。这道题我们的第一反应就是小孩的速度加上列车的速度即v=u+c(小孩速度为u,光速为c)结果妥妥的超过光速呀,再简单不过了。

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爱因斯坦的理由

我们假设小孩从列车后跑道列车前,因为车在做匀速直线运动,没有加速度,所以小孩的运动是列车系统内的运动,与外界不发生任何关系。或者说如果列车没有窗户,是封闭的我们根本观察不到窗外的景色,乘客根本察觉不到汽车是运动状态还是静止状态,在内部观察就好像小孩在一辆静止的列车上从前跑到后面。

那么车里的人观察到小孩从车后跑到车前的时间根据s = vt可以求出来是t1

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地面观测到的光走的是斜线,距离为ct,飞船飞行距离vt,飞船内部观察到光从下到上运动距离ct',三段距离连起来是一个三角形,我们可以根据勾股定理求出:

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我们把高速运动物体上的时间t'叫做本征时间,观察者的参考系的时间t叫做非本征时间,把:

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当v无限趋近于光速,修正因子将无穷大,记住这点,就可以理解狭义相对论大多数问题,我们可以把它认为是经典力学下,对高速的误差给予的修正,质量修正,时间修正,尺寸修正,速度修正,在日常生活中宏观低速状态,这个修正因子约等于1,则不发生修正,所以经典力学并不会出现太大误差。

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孩子的速度——速度变换

明白了爱因斯坦讲的,我们就知道在高速运动时,伽利略的速度变换将不再适用。需要用洛伦兹的速度变换中的速度叠加公式:

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通过公式我们可以得出以下曲线,还是拿民航飞机举例,洛伦兹因子约等于1,飞机质量变化可以忽略不计,m=m0,当速度无限趋近于光速时,物体质量将无穷大。当物体速度为光速时,因子为0,狭义相对论就解释不了了,这是不存在的,所以m0不为0时,无法到达光速,即有质量的物体,不可能达到光速。

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所以说这个假设不成立,孩子的速度也不能超过光速。


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