Question

爱因斯坦说光速最快，那我在一个以光速飞行的飞船上跑步，相对来说，我比光速快吗？

Answer 1

如果有人在光速飞船上跑步，那他的速度会超过光速吗？这是否打破了爱因斯坦所说的光速最快理论？
类似这样的问题还有很多，人们无非就是想找出超光速的反例，以此来推翻爱因斯坦的相对论。但事与愿违，超光速反例都是无法成立的，爱因斯坦的相对论始终有效。对爱因斯坦的理论没有理解爱因斯坦对于光速的描述。
首先，速度是一种相对的概念。相对于飞船而言，飞船上跑步者的速度肯定不会超光速，而只是跑步的速度。但即便相对于地面而言，跑步者的速度也不会超光速，而是还为光速。那么，为什么跑步者的速度不受跑步速度加上光速呢？而是还会等于光速这样奇怪的结果呢？
事实上，我们在生活中所使用的速度叠加方法只是相对论的近似，在速度远低于光速的情况下可以使用，但无法在接近光速或者达到光速之时使用。在亚光速和光速的情况下，相对论给出的速度叠加公式如下：
可以看到，上述公式比我们所熟知的公式多出了一个1/(1+uv/c^2)因子。在速度远低于光速之时，uv/c^2趋向于0，该因子趋向于1，所以速度叠加公式就变成了我们熟悉的形式：w≈u+v。
举个例子，如果飞船相对于地面的速度为100米/秒，飞船上的人以10米/秒的速度奔跑，那么，飞船上的人相对于地面的速度为110米/秒。用狭义相对论算出的结果约为109.999999999998776米/秒，这只比近似值小了0.000000000001224%。即便在精度要求极高的航天领域，也可以忽略如此微小的误差。
然而，如果涉及到亚光速和光速运动，就只能利用相对论。假设飞船的速度为光速80%（0.8c），飞船上向前发射出速度为光速30%（0.3c）的石头，那么，石头相对于地面的速度不是w=0.8c+0.3c=1.1c>c，而是w=(0.8c+0.3c)/(1+0.8c·0.3c/c^2)≈0.887c<c，所以石头的速度并没有超光速。
而在光速的情况下，结果更为特别。如果飞船的速度u为光速c，无论跑步者的速度v为多少，那么，跑步者相对于地面的速度为w=(c+v)/(1+c·v/c^2)=c，也就是说，跑步者的速度还是保持光速（c），而不是超光速（c+v）。
另一方面，对于存在静质量的物体，例如，宇宙飞船，或者人，都不可能以光速运动。关于这一点，可以从相对论的动能公式中推导出来：
一旦静质量不为零的物体达到光速，动能就会变得无穷大，这显然是没有意义的，因为没有无穷大的能量。
为了更符合相对论原理，上述例子可以改成如下的形式：飞船以低于光速的速度相对于运动，并且飞船在前进的方向上发出一束光，那么，这束光相对于地面的速度是多快？
结果跟上面一致，运动飞船发出的光不会以超光速运动，而是还会保持光速，无论飞船达到多快的速度都是如此，这就是当年爱因斯坦推导狭义相对论的立足原理之一：光速不变原理。
光速不变原理并非是爱因斯坦无端臆想出来的，而是有着理论（麦克斯韦电磁场方程组）和实验（迈克尔逊-莫雷干涉实验、光行差效应）的有力支持。并且从狭义相对论中推导出的各种结论与实验结果非常吻合，这足以证明该理论的有效性。