兩束光反向飛行，兩者的相對速度是光速的兩倍嗎？

先說答案：不是兩倍光速。具體是多少，只能說：不知道。

這個答案好像說了等于沒說，但事實情況就是如此，不要著急，聽我慢慢來分析。

提到光速，很多人會下意識想到愛因斯坦的狹義相對論，這種想法沒有錯，但沒有弄明白狹義相對也是有適用范圍的。

狹義相對論有兩個基本假設：光速不變原理和相對性原理。光速不變原理想必大家都很清楚，說的是光速的絕對性，在任何參照系下都絕對不變。

不過對于相對性原理，很多人會不太在意，實際上這個原理同樣非常重要。按照狹義相對性原理，狹義相對論只適用于慣性參照系，也就是慣性系。

什么是慣性系，同時來講就是適用于牛頓運動定律的參照系，也就是靜止或勻速直線運動的參照系。

一般情況下，我們會認為地球就是慣性參照系，當然這并不是絕對的，只是近似，絕對的慣性系是不存在的。一旦來到太空，地球就不是慣性系了，太陽成為慣性系。當然，跳出太陽系后，銀河系中心自然成了慣性系。

所以說，慣性系是狹義相對論的基本前提。那么問題中的光是在慣性系中嗎？

很明顯，不是。因為光并不能作為慣性系，光不能作為任何物體的慣性系，也不能作為參照系。因為牛頓運動定律只適用于宏觀物體，而光屬于微觀領域，它具有波粒二象性，本身就具有不確定性，根本談不上什么慣性，當然不能作為慣性系。

所以，任何把光作為參照系的行為其實都是沒有意義的。

所以，我們通常所用的速度疊加計算方式，并不能用在兩束光上。問題本身其實具有很強的誤導性，直接把光看成某種宏觀物體了，顯然是不合適的。

非要計算兩束光的相對速度的話，只能給出這樣的結果。按照速度等于距離除以時間的方式來計算，由于光根本沒有空間和時間概念，也可以理解為光的時間是靜止的，在一瞬間就能跨越任何遙遠的距離。

相當于光在一瞬間就能跨越無限遠的距離，也就是說，無限遠的距離花費的時間是零，相當于無窮大除以無窮小，結果是多少呢？我們不知道，或者說沒有意義。

那么，如果我們把兩束光換成兩個宏觀物體，比如說兩艘飛船會怎么樣呢？

當然兩艘飛船的速度無論如何都不可能達到光速，這里就假設飛船的速度非常接近光速，它們的相對速度是多少呢？是不是非常接近兩倍光速呢？

是，也不是！

因為狹義相對論中的光速限制指的是，在慣性系中局域速度是不能超光速的，言外之意，在非慣性系中，速度是可以隨意超越光速的，比如宇宙膨脹速度就遠超光速。

還有，大型粒子對撞機中，兩個粒子以非常接近光速的速度飛行，兩者的碰撞速度就超過了光速，碰撞效果就會更明顯，這就相當于讓一個粒子不動，另一個粒子超光速與其碰撞。這并不違反狹義相對論中的光速限制，因為兩個粒子的相對速度超光速，并不是靜止的觀察者看到的運動速度。

而兩艘飛船就相當于對撞機里的兩個粒子，它們的相對速度肯定是超光速的，如果讓它們相撞，碰撞效果肯定超過其中一艘飛船不動，另一艘飛船以光速與其碰撞的效果。

這種超光速并不違反狹義相對論中的光速限制，因為兩者的相對速度并不是在慣性系下的速度。如果你靜止在地球上觀察兩艘飛船，它們的相對速度就不會超光速，具體是多少呢？

按照我們傳統用到的速度疊加公式，也就是伽利略變換，也就是V=V1+V2，應該是超光速了。不過這種計算方法在亞光速世界并不適用，因為伽利略變換的背景是絕對時空觀，而我們知道時空并不是絕對的，而是相對的。

一旦來到亞光速世界伽利略變換就不再適用了，因為亞光速情況下，時間和空間會出現明顯改變，必須用到洛倫茲變換才行，用狹義相對論相對速度疊加公式表達出來就是：

從公式中可以看出，當V1和V2非常小時，比如說我們平時經歷的速度，那么公式中的分母就趨于1，公式就可以簡化為V=V1+V2，這就是伽利略變換。但是當V1和V2很大，接近光速時，就不能簡化為伽利略變換。

所以說，伽利略變換就是洛倫茲變換的特例，在低速世界的近似值。在低速世界，我們很難直觀地感受這種變化。

這也是為什么很多人不愿意相信狹義相對論的主要原因，因為相對論違反我們的日常生活直覺，而大多數時候，我們更愿意相信自己的直覺和生活經驗，這也是任何物種在進化中趨利避害的直接體現。

科學家們比我們的眼睛更毒辣，他們對任何新理論的誕生從來沒有停止過質疑，在過去的一百多年時間里，相對論經歷了無數次質疑和論證，仍舊屹立不倒，這也是相對論能成為現代物理學大廈兩大基石之一的主要原因。