假如你在光速飞船上奔跑，是否超光速了？

在我们的日常经验里，速度叠加是一件很简单的事情。

从小学的数学应用题开始，我们就接触到诸如两人相向而行，速度相加得到相对速度的计算方式。

到了中学物理，正式学习相对速度计算公式，也就是 “伽利略变换”，其表达式为V = V1 + V2。这一公式在日常生活中屡试不爽，比如你我分别以每秒 5 米的速度反方向奔跑，我们之间的相对速度经计算就是每秒 10 米。

这种速度叠加的概念，深深扎根于我们的认知体系，与我们的日常体验完美契合。

但是，当速度提升到亚光速，假设存在一艘以光速飞行的飞船，而你在飞船内部奔跑，问题就变得复杂起来。

按照伽利略变换来计算，你的速度等于飞船的速度加上你奔跑的速度。飞船速度已经达到光速，那么无论你奔跑的速度多慢，最终叠加的结果都会超过光速。

然而，现实情况并非如此。即便飞船能够以光速飞行（实际上，根据现代物理学理论，有静质量的物体无法达到光速，但我们先基于假设来探讨），你的速度也不可能超越光速，而仍旧会是光速。

这一违背直觉的现象，不禁让人疑惑：难道我们从小学习并深信不疑的速度叠加公式错了吗？

答案是既对也错。

回到之前你我以 5 米每秒速度反向奔跑的例子，严格从物理学的角度来讲，我们的相对速度并不是 10 米每秒，而是会略小于 10 米每秒，只是这个误差极其微小，在日常生活中，我们根本无法察觉到这种细微的差异，所以通常情况下，我们忽略不计，仍然按照 10 米每秒来计算。

那么，为什么会出现这样的误差呢？

这背后的根本原因在于，我们所处的四维时空并非像牛顿所认为的那样是绝对不变的，而是相对的，并且具有弹性。

牛顿的绝对时空观认为，时空是绝对的，每个人对时间和空间的感受都是完全一致的，你的一秒和我的一秒没有任何差别，空间也是固定不变的。

但爱因斯坦提出了截然不同的观点，他认为时空是相对的，任何物体都会对周围的时空产生影响，不同的人对时间的感受是不一样的。

爱因斯坦的狭义相对论便是建立在这种相对时空观的基础之上，它彻底颠覆了牛顿的绝对时空观，也极大地改变了我们传统的时空观念。

狭义相对论的建立基于两个重要的公设，分别是光速不变原理和相对性原理，其中光速不变原理尤为关键。

所谓光速不变原理，简单来说，就是光速是绝对的，无论在任何运动情况下，也无论在任何参照系里，光速都恒定不变。

在我们的认知中，速度的定义必须以参照系为前提，否则速度就失去了意义，但光速却是一个例外，它不需要参照系，或者说在任何参照系下都保持不变。

伟大的麦克斯韦方程组推导出的光速计算公式也充分表明了这一点，在该公式中，并没有参照系这一项，光速只与真空的磁导率和介电常数有关。这意味着，光速是四维时空的固有属性，与其他任何物体的运动状态都无关。

为了更好地理解光速不变原理，我们可以通过一个例子来说明。

假设我静止在地面上，你驾车行驶在大街上，车速为V。那么在我眼里，你车上的车灯发出的光的速度是多少呢？如果按照伽利略变换的速度叠加公式计算，答案似乎应该是C + V ，也就是光速加上汽车的速度。

但实际上，答案仍旧是光速C。而且无论汽车的速度有多快，哪怕它以接近光速行驶，最终答案依然是光速。

不仅如此，在你（驾驶者）眼里，车灯发出的光的速度同样是光速C，而不是光速减去汽车的速度。这就是光速的独特之处，它不会因为光源的运动或者观察者的运动而发生改变，始终保持恒定。

既然静止的我与飞速行驶的你看到的光速度都是一样的，那么必然有其他东西发生了变化，以此来保证光速不变。

这个发生变化的东西就是时间和空间。因为速度的计算公式距离除以时间，即与时间和空间（距离）有着直接关系。既然光速恒定不变，那么为了满足这一条件，时间和空间必然会相应地改变。这种改变具体表现为时间膨胀效应和尺缩效应，通过相关公式可以详细地表明时间和空间是如何改变的。

简单来讲，速度越快，时间就越慢，空间就越短。不过，时间膨胀效应只有在速度达到亚光速（接近光速）时，才会体现得较为明显。在我们日常生活中，所经历的速度与光速相比实在是太慢了，时间膨胀的程度极其有限，几乎可以忽略不计。

当物体的运动速度达到亚光速之后，我们平时所使用的速度叠加公式，也就是伽利略变换就不再适用了，此时必须采用更精确的洛伦兹变换。

洛伦兹变换是狭义相对论中用于描述不同惯性系之间时空坐标变换的公式。

从洛伦兹变换公式中可以看出，无论两个物体的速度V1和V2是多少，最终叠加后的速度都不可能超越光速。

而当V1和V2非常小时，也就是我们日常生活中所接触到的低速情况，洛伦兹变换公式中的分母就无限趋近于 1，此时洛伦兹变换就可以简化为伽利略变换，即V=V1+V2 。所以，从本质上来说，伽利略变换是洛伦兹变换在低速世界的近似值，是一种特殊情况。

回到最初的问题，假如你在光速飞船上奔跑，由于光速不变原理以及时间膨胀和尺缩效应的存在，还有洛伦兹变换所决定的速度叠加规则，无论你在飞船上如何奔跑，奔跑的速度有多快，你的速度都不可能超过光速。

这是因为，当速度接近光速时，时间会变慢，空间会收缩，这些因素综合起来，使得速度的叠加不再遵循我们日常所熟悉的伽利略变换，而是遵循更为复杂的洛伦兹变换。

在这个变换体系下，光速成为了一道无法逾越的屏障，任何有静质量的物体都无法达到光速，更不可能超越光速。

说白了，光速，作为宇宙速度的标杆，无论外界速度如何变化，它都始终保持恒定。

为了保证光速的绝对不变性，时间和空间不得不做出 “妥协”，发生相应的改变来迎合光速的这种 “霸道” 行为。