如果我在以光速飞行的宇宙飞船里向前跑，我的速度会超过光速吗？

这是一个很好的问题，因为它正好切中了相对论的核心。

关于相对论，重要的是要理解它的名字:它是相对的。

也就是说，对于一个大质量的物体来说，不存在一个被所有观察者都认同的客观的、绝对的速度。

一个大质量的物体实际上不能达到光速，这一点在后面的答案中会很明显。但是为了解决这个问题，让我们想象一个速度刚好低于光速。

所以，如果一艘宇宙飞船以接近光速经过一个观察者(假设它在地球上从我们身边经过)，我们会看到它以非常快的速度经过。

然而，从宇宙飞船的角度来看，飞船是静止的。从飞船的角度看，地球和周围的行星和恒星正以接近光速经过飞船的窗口。

这很容易可视化，但是接下来的部分会让事情变得奇怪，您将看到为什么它很重要。

大质量物体的速度是相对于每个观察者的，但是光速总是恒定的。

从地球上，我们看到飞船以光速发射的光束，我们用c表示，E=mc^2，它的速度正好是每秒299,792,458米。由于飞船相对于地球以接近c的速度移动，在我们看来，远光灯几乎一点一点地离飞船——可以说，飞船正好在这盏灯的尾部。

从宇宙飞船上，他们也了解到光正以光速射向他们前方的空间。这是关于光速的反直觉的事情记住，从那些在飞船上的人的角度来看，他们是静止的，是周围的宇宙穿过他们的窗户。所以当他们测量光束的速度时，光不是一点点地移动;它也在以c向远处缩放。他们在各个方向测量c，就好像他们是静止的。

在相对论中，c代表恒定，因为所有的观察者都看到它是相同的恒定速度，无论他们自己的运动。任何物体的质量都不能达到或超过c;在c点，光似乎总是朝着你或远离你，在各个方向。

洛伦兹收缩和时间膨胀

相对论的本质实际上是基于对光速的精确发现而被发现的。由于地球在太空中运动，科学家们相信，如果他们测量一束指向地球运动方向的光线(因为地球在追赶光线)，而不是一束垂直于地球运动方向的光线，那么光线的传播速度似乎会慢一些。他们进行了一项实验，惊奇地发现，光似乎相对于他们的仪器以完全相同的速度运动，无论它是沿着地球的路径还是垂直于地球的路径。这就是1897年著名的推断实验，阿尔伯特·爱因斯坦最终以这个发现为基础提出了1905年的狭义相对论。

这是它适用于你的问题的地方。

由于这一发现，为了使不同观察者的不可靠的观察结果得到协调，在航行过程中必须发生两件事。一种是洛伦兹收缩:在地球上的观察者看来，飞船纵向上似乎被压扁了。如果船上的人认为这艘船有100米长，而它以99.5%的光速移动，那么，地球上的人认为这艘船大约有10米长(你可以在这里计算洛伦兹收缩)。所以飞船上的人认为它们的速度是每秒5米，但是我们地球上的人会感觉到它们的速度是每秒0。5米，这没有考虑时间膨胀。

当然，另一个分量是时间膨胀。除了距离上的差异，还有时间上的差异。也就是说，船上的人从后跑到前跑他们认为是20秒。对于我们这群生活在地球上,船上的人在缓慢的移动,我们看到慢跑者在200秒从后面到前面的船(您可以运行计算时间膨胀),该化合物与该船从我们的角度来看他们的只有10米长。

这意味着我们在地球上看到的跑步者每秒的速度仅比飞船的速度快0.05米——还不足以缩小两者之间的距离，达到光速。时间膨胀和洛伦兹收缩的效应随着速度的加快而增加，在c点趋近于无穷，所以它们总是压倒任何达到c的尝试。

观察结果是相对的

另一个关于相对论的反直觉的方面是，船上的观察者对我们在地球上的观察和我们对船上的人的观察是完全一样的。因为船上的人认为他们是静止的，所以他们看到的是一个洛伦兹收缩的椭圆形地球，当它从他们身边飞过时，它似乎被压扁了。其余的地方宇宙是扁平的,椭圆形的轨道的行星,和星星在他们面前的似乎只有10%是遥远的星星(在他们的左派和右派似乎相同的距离我们地球上一样)。他们还观察慢镜头下的地球人。

有质量的物体永远达不到光速

考虑到这些，就很容易看出达到光速是不可能的。飞船上的人越多，火箭的动力越多，火箭加速的速度也就越快——从这个意义上说，周围的宇宙似乎收缩得越来越大，使得距离越来越短，而火箭在这些距离上的前进速度也显著增加。虽然从地球上看，飞船似乎越来越接近光速(或光速c)，但它们越接近光速c，飞船的长度就越接近光速，而它们试图加速时所产生的差异就越小。在到达c.之前，火箭不可避免地会耗尽燃料(随着时间的推移，火箭的推力似乎也会降低)。不要和它们的前进运动混淆，它仍然接近c)

如果飞船真的达到光速，将会发生三件事:周围的宇宙将不得不成为完全二维从船上,船似乎完全来自地球的二维(不可能),船上的人会观察周围的宇宙时间已经完全停止,而地球上的人们会遵守时间已经完全停止在船上(不可能),和这艘船会有无限的能量用于c(不可能)。

飞船的质量也可以说是无限大的，因为它们击中的任何东西都会产生无限大的能量(这是不可能的)。即使它们撞击一个原子，也会引发无限能量的爆炸，摧毁飞船和整个宇宙。

它也会违反c是常数的结论;一个以c运动的观测者会停止观察以c运动的光，因为它们的运动速度与光速相同。朝他们方向的光似乎会被冻结，这就带来了许多其他的概念性问题。

只有没有质量的物体才能以c运动:光、重力、电磁力和强核力。这些东西只能以光速在真空中穿梭，不能再慢了。

明白了吗?也许不是。人类的大脑很难理解;我想这对我来说是有意义的，然后我就失去了它。不过，事实就是这样!