举着手电筒跑能不能超光速？

光速（299792458米/秒）约3×108米/秒，是非常快的速度，没有人能超过光速，这些内容无论是从物理课上，还是从科普书籍，又或者是从科幻电影中，你都有听说过。

但你想没想过，如果找个人举着手电筒跑，那这时手电筒发出的光难道不会比站着不动时更快吗？这么简单的方法居然没有人想到，哈哈哈，我可真聪明呀！

很可惜，这个方法并不能超光速，至于为什么，这里面的道理和故事有点曲折，我们接下来细细分解。

之所以我们会觉得举着手电筒跑能超过光速，是因为我们把日常生活中的规律，错误的应用在了它本来并不适用的领域。

一般我们测量一个物体速度，都需要先找到一个参照物，这个参照物在大多情况下都是地面。

如果我们测出了一个运动物体相对观察者的速度（v物-观），再测出观察者与地面之间的相对速度（v观-地），那很容易就能算出物体相对于地面的速度（v物-地=v物-观+v观-地），但参照物的规律在光速上并不适用。

科学家们一开始也没意识到这个问题，还是按照之前的速度来研究光速。

当他们站在地面上不动的时候，测出了一个光速相对于自己的速度大小（约3×108米/秒）。这时他们觉得自己测到的是相对于自己的速度，但就像我们一般更想要知道物体相对地面的速度一样，科学家们也想知道，光速是参照什么得出的。

于是他们改变运动状态，这就有点类似一边跑一边测光速了，不过出乎意料的是，跑着测出来的光速也是这么大（约3×108米/秒），而且无论是改变自身速度的大小，还是改变自身运动的方向，测得的光速始终都是同样的大小，就好像它特意为了你调整自己一样。

甚至如果多个观察者以不同的运动状态同时测量光速，那每位观察者测得的结果竟然都是相同的，无论你朝哪跑、跑多快，测出的光速都是约3×108米/秒。

这就彻底颠覆了之前描述一个物体速度必须先找参照物的规律，换句话说，光速没有一个明确的参照物，谁测它它就参照谁，不管参照谁，他的速度都是那么大。

可以想象，当年的科学家们面对这种测量结果时的惊讶与不解，有些人试图用原有的理论体系来解释神奇的光速现象，但最终都以失败告终。

而有一个人，面对这些测量结果，却迸发出来惊人的创造力，这个人就是爱因斯坦。他不再抗拒光速不变这件事，反而以光速不变为前提假设，经过理论分析，提出了大名鼎鼎的狭义相对论。

狭义相对论有很多有意思的推论，每个都像光速不变这么反直觉，比较常见的包括运动的尺会变短，运动的时钟会变慢等，这些结论咋一听匪夷所思，但在后来的科学探索中却都得到了很好的实验验证。

至此，光速不变这件事，就从一个大家都难以接受的测量结果，变成了科学界普遍承认的客观事实，即使你再觉得难以接受，那也只能接受，没办法，这时客观事实呀。

那回到我们最初的问题，举着手电筒跑，发出的光会比光速更快吗？现在我们不但能回答“不能”还可以将答案进一步展开，在跑步的人眼中，可以看到光速是约3×108米/秒，而在静止的观测者眼中，光速也是约3×108米/秒，所以综上所述，即使是让博尔特来举着手电筒一路狂奔，也超不了光速。

作者：问题小分队

审核：中国科学院物理所 研究员 罗会仟

出品：中国科协科普部

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