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如果兩個光子相互接近,它們相對於彼此的總速度是多少?

2024-02-06科學

尊敬的讀者,感謝您在百忙之中閱讀我的文章,這是對我努力的肯定,也是持續創作的動力,向您致以我最誠摯的敬意,希望能得到您的一個"關註",在此感謝!

我們假設有兩個光子以光速彼此沖向。你認為它們的相對速度是多少?

首先想到的是將兩個速度相加,得到光速兩倍的值,對吧?但如果光速是宇宙的速度極限,那麽什麽東西的運動速度能是光速的兩倍呢?悖論?並不真地。

雖然有些違反直覺,但兩個光子的相對速度將恰好是光速。

狹義相對論的基本假設之一是,無論你處於什麽參考系,也就是說,無論你移動的速度有多快或朝什麽方向移動,任何地方的光(只要它在真空中移動)都會移動以相同的速度,即光速。這是法律。

這可以從與狹義相對論相關的公式(即從狹義相對論的基本原理匯出的公式)中看出。

因此,兩個以相同速度直線正面碰撞的粒子將有兩個速度——其中一個速度為 v1,另一個速度為 v2。兩個物體之間的相對速度相加的公式通常為:

v(相對)= [v1 + v2]/[1 + (v1*v2/c^2)] = 2v/[1 + v^2/c^2]。

對於日常速度(汽車、飛機、機槍射擊等),v1 和 v2 遠小於「c」,因此這個新方程式的分母中的附加運算式非常接近 1。因此,「通常」公式是一個非常準確的近似值。但對於接近光速的速度,相對論的公式可能與通常的公式有很大不同。

讓我們將此公式套用到我們問題的情況,即 v 本身等於光速 - 「c」。在這種情況下,

v(相對)=2c/[1 + 1] = 2c/2 = c。

因此,光子不會以兩倍光速相互接近。相反,它們的相對速度仍然是「c」。

誰是第一個明白這一點的人?不是別人,正是艾拔·愛因斯坦。

在一個「奇跡年」(1905 年),他發表了幾篇論文,永遠改變了我們的物理學。在其中,他提出了一種新的運動理論,稱為狹義相對論,解釋了艾薩克·牛頓運動理論中的錯誤。

為了得出這個奇妙的結論,愛因斯坦提出了兩個非常簡單的規則或「假設」:

- 物理定律在所有慣性參考系中保持不變。

- 光速在所有慣性參考系中都是恒定的。

根據上面提到的公式,你可以看到愛因斯坦的速度加法是如何發展的。該公式是觀察者看到時間在另一個移動參考系中移動得越來越慢這一事實的結果。

但是,如果我們在範例中放入以光速移動的觀察者 A 和以相同速度朝向觀察者 A 移動的觀察者 B,而不是光子,結果會怎樣。從 A 的角度來看,他看到觀察者 B 在一個參考系內,該參考系為向 A 移動 由於該參考系不斷移動,A 看到 B 正在緩慢移動(因為該參考系中的時間正在減慢)。當參考系接近光速時,慢動作效應導致 B 接近零速度。最終效果是,當 A 和 B 都接近「c」時,A 將看到相對速度為速度(前往「c」)+ B 的慢動作速度(前往 0),這只會添加到「c」 」

這就是導致時間膨脹和長度減少等現象的原因。所有這一切都遵循愛因斯坦的假設。