候，我们从来不管是固定在地面上的雷达，或是装在高速前进

的舰艇上的雷达，我们都用同一个光速值

c来计算，其实这就是

暗含地使用了光速不变原理。

新的速度合成律

总结我们关于速度的讨论，可以概括成两条。

1.

在经典物理中，要用速度合成律

v＝v'＋u； (1)

·26·

2.

对于光速，则是

c＝不变量。

这两条是“矛盾”的，但又都是正确的。显然一个更完整

的理论应当把二者统一起来。这就是要从经典的速度合成律

发展到能包含光速不变­性­的新的速度合成律。完成这个任务

的就是狭义相对论的速度合成公式。它是

v =

v'+

，

(2)

v' u

1+2

公式中各种符号的含义同公式（1）相同。

公式（

2）如何得来，我们暂且留待以后再讲，这里先来讨

论它的物理含义。在日常的条件下，物体运动的速度都远远

小于光速，或者可以把光速看成无限大。取

c→∞，公式（

2）

就变成公式（1），即（2）中包含着公式（

1）的真理。再者，如

果我们研究的对象是光，则光相对于

K' 的速度是

c，即

v'＝c。将此式代入（

2）立即得到

v＝c。这就是说，不管

及

K'之间的相对速度

u有多大。它们二者所测得的光速都是

c。所以，（2）中也包含着光速不变的真理。

光速是极限

我们来进一步比较经典力学公式（

1）和相对论公式（

2）。

在上一章中，我们曾经讨论过标枪运动员的投掷动作，他

的助跑是为了提高标枪相对于地面的速度。如果我们假想运

·27·

动员的助跑速度接近光速，能不能使标枪的速度超过光速呢？

若按照公式（

1）来看，这是可能的。例如，设运动员相对于地

面速度为

u＝0.9c，标枪相对于运动员的速度也为

v'＝0.9c（二者都小于光速

c），则标枪相对于地面的速度为

v＝v'

＋u＝1.8（超过光速）。实际上，在经典力学中，速度合成

律是没有上限的，重复地利用（

1），我们可以用许多较小的速

度合成为任何大的速度。

过渡到相对论物理时，这个结论也要改变。按照公式（2），

上例中标枪相对于地面的运动速度应是

v =

0.9 +

0.9 c =

0.995 c ，

10.9 ×0.9

即不超过光速。也就是说，不管相对于哪一个参考系而言，标

枪速度都是不超过光速的。而且，可以一般地说，由许许多多

的小于光速的运动合成起来，最终的速度仍然不超过光速。

这样，光速就成了物体运动速度的一个极限，这是光速的

绝对­性­的另一方面的含义。

超光速问题

对光速极限这个结论要加几点注解。

有一种不正确的理解，认为光速极限是一切速度的极限。

错了，光速只是物体运动速度的一种极限，或能量传递速度的

一种极限。如果不注意这个条件，一般地谈速度。那么，找寻

超光速的现象在物理学中并不是难事。

·28·

举一个极常见的例子。在节日的晚上，当探照灯­射­向高

举一个极常见的例子。在节日的晚上，当探照灯­射­向高

当地面上的探照灯慢慢转动时，亮点却以极快的速度在运动。

如果能有足够高的云层，这个亮点的速度就可以超过光速。

这时，沿着亮点运动的

轨道并没有能量的传

递，所以它的速度并不