§12 物体的极限速度

如果一辆火车以每小时 72 公里的速度开行，也就是每秒 20 米的速度前

进，车上有一位乘客向前方扔一块石头，速度是每秒 10 米。那么在地面上的

观察者看来，毫无疑问石头的速度是向前每秒 30 米。如果这石头是向后方扔

的，在地面上的观察者看来，石头的速度实际是向前每秒 10 米。然而当速度很高时，狭义相对论告诉我们，这个速度相加公式不对了，需要从洛仑兹变换出发推导相对论的速度相加公式。如果火车以速度 V 行驶，火车上有一个物体以速度 v'向同一方向运动，那么在地面的观察者来看，物体的速度 v 为

v′ + V

v = v ′V .

1+ c2

从这个公式可以看出，速度相加有一个上限，永远不能超过真空光速 c. 如果 V 和 v'都小于真空光速 c，则 v 也一定小于真空光速 c.如果 V 和 v'中有一个等于真空光速 c，则 v 也一定等于真空光速 c.由此可以看出真空光速 c 是狭义相对论给出的物体加速时速度能达到的极限，也就是信号传播的极限速度。