由洛伦兹坐标变换原理可得:
Vx'=(Vx-V)/[(1-V*Vx)/c^2]
Vy'=Vy*[(1-V^2/c^2)^(-1/2)]/(1-V*Vx/c^2)
Vz'=Vz*[(1-V^2/c^2)^(-1/2)]/(1-V*Vx/c^2)
其中Vx'、Vy'、Vz'为在坐标系K'中的速度,Vx、Vy、Vz为在参考坐标系K中的速度,V为K和K'两参考坐标系的相对速度。
而你这个问题只需要考虑x一个方向(因为根据题意,速度都是同向的)
又因为是已知相对于K'的速度,而要求在参考坐标系K下的观察速度,所以需要变换公式:
将V和V'对调,将V变为-V,得:
Vx=(Vx'+V)/(1+Vx'*V/c^2)
即:
V=(V'+V相对)/(1+V'*V相对/c^2)
代入你的具体问题理解,比如火车与人的那个问题,即是:
我们观测的速度=人在火车上的速度+火车相对于地面的速度再除以1加上人在火车上的速度与火车相对于地面的速度的乘积除以光速的平方。
代入数据得V=(10+10)/(1+10*10/[(3.0*10^8)^2]=20/[1+1.11*10^(-15)]≈20-10^(-15)
我们知道在牛顿的经典物理学里,速度叠加公式是:V=v1+v2,这个很好理解。
而在相对论里的速度叠加公式是:V=(v1+v2)/(1+v1*v2/C*C)其中,C代表光速。这就解释了为什么即使在一艘光速飞船上射出的光子,也不可能超过光速。很显然,当V1和v2的速度都是光速的时候,分子就是2,而分母是2倍光速,叠加速度的结果还是光速。
而且实际上,牛顿的公式是相对论公式的一个低速状态下的一个简化公式,对于速度远远低于光速的v1和v2来说,两个公式的计算结果的误差是可以忽略不计的。
什么是相对论?