麦克斯韦的电磁理论预言了光速是一个定值，迈克尔逊莫雷实验从另一个角度验证了光速是不变的，1905年，爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》一文，这也就是后来我们所说的狭义相对论。在该论文中，光速不变、光速不可超越。

什么是光速不可超越呢？

简单点说，你如果想通过加速让一个有静质量的物体达到光速，这是不可能的事情，即便你耗费整个宇宙的能量也无法完成加速任务。不仅如此，一切物质、信息、能量的传播都无法超越光速，光速是一个极限值。目前已知的可以达到光速的有：引力波的传播、电磁波的传播、引力相互作用。唯一的被认为是超越光速的是：宇宙膨胀的速度，但是宇宙膨胀是空间整体的膨胀，与相对论并不冲突。

所以存在一列速度达到光速的列车吗？显然不存在，但这并不妨碍解答这道题。我们可以做个思想实验，假设一列火车的速度为光速Vc，一个小孩沿着列车的运动方向在车厢里跑，速度为w，那么这个小孩的速度是否超光速了呢？

按照经典的牛顿理论，在经典低速的物理框架内，速度可以进行简单的叠加，也就是伽利略变换，因此这个小孩的速度是Vc+w，显然超光速了。

但事实不是这样，由于光速的列车不满足经典低速的物理框架，所以不能用之前牛顿理论中的伽利略变换了，而改用洛伦兹变换，速度的求法如下图所示：

在这个公式中，无论小孩的速度有多快，哪怕小孩的速度也达到了光速，得出来的结果都是小于等于光速的。

相似的问题还有：当两个人以相反的方向奔跑，且各自的速度都是光速的90%，那么这两个人的相对速度是否超光速了呢？

有兴趣的朋友可以将数值代入公式中计算一下，得出来的结果是99.44%光速，也没有超越光速，但是如果按照牛顿理论经典低速的物理框架来处理的话，得到的结果会是180%光速。为什么两个数据差别那么大呢？这就是高速运动的物体带来的相对论效应了。究竟什么是低速，什么是高速呢？一般来讲，低于光速的10%是低速，高于光速的10%是高速，因为此时相对论效应已经开始明显了，随着速度的进一步提高，效应会更加明显。

文/科学船坞