Question

如果把一个手电筒扔出去，手电筒的光超过光速了吗？

Answer 1

上学时我们都学过相对速度，用公式简单表示就是V=V1+V2（或V1-V2），实际上这就是伽利略变换，利用这个变换进行简单的速度叠加来计算相对速度。

什么是伽利略变换？简单讲，就是以绝对时空观为基础的速度叠加方式，也就是：绝对速度等于相对速度加上牵引速度（实际上也是上面的公式）。

举个简单的例子，你坐在火车上在车厢中行走，你相对地面的速度就是火车的速度加上（或减去）你行走的速度。

按照伽利略变换的计算方式，扔出去的手电筒发出的光的速度肯定是超光速了（相对地面）。

难道相对论错了吗？相对论强调没有任何物体的速度可以超越光速。

非也，伽利略变换是建立在绝对时空观基础上得出的结论，而我们生活的时空是相对的，并非绝对的。

伽利略变换只适用于低速世界，而一旦速度达到光速或者亚光速，就必须用更精确的洛伦兹变换才行。

说白了，伽利略变换其实只是洛伦兹变换在低速情况下的特例，是近似值。而我们日常生活中体验到的速度与光速相比太微不足道了，完全可以忽略不计，所以伽利略变换仍旧适用。

什么是洛伦兹变换？

洛伦兹变换是由洛伦兹在20世纪初提出来的，目的就是为了调和经典电动力学与牛顿力学之间的矛盾，后来被爱因斯坦用来作为狭义相对论的数学基础（实际上当时的洛伦兹已经无限接近狭义相对论了，只不过他不肯放弃牛顿的绝对时空观）。

洛伦兹变换公式如下：

可以看出，如果V1和V2非常小（低速状态），公式中的分母就等同于1，那么公式就变成V=V1+V2，也就是伽利略变换。

上面的公式中，无论V1和V2是多少，最终的结果V都不可能超过光速。

由此看来，伽利略变换与洛伦兹变换并不矛盾，只是使用环境不一样，一个适用于低速世界，一个适用于高速世界。

说得更直白点，牛顿经典力学其实就是爱因斯坦相对论的特例，近似值。只不过这个近似值在低速世界的误差非常小，大多数时候都可以忽略不计。一般速度不超过光速的十分之一，就没有必要考虑相对效应。

这也是为什么在当今 社会 ，同时我们日常生活的仍旧是牛顿经典力学，因为我们很难脱离低速世界。如果非要追求精确度，用爱因斯坦的相对论描述我们的日常生活，反而会非常麻烦，没有任何必要。

就像在求解有关圆周率的方程时，通常情况下3.14已经足够精确了，非要再精确到3.14后面十位数，就没有必要了，那样做反而带来更多麻烦！