两束光反向飞行，两者的相对速度是光速的两倍吗？

先说答案：不是两倍光速。具体是多少，只能说：不知道。

这个答案好像说了等于没说，但事实情况就是如此，不要着急，听我慢慢来分析。

提到光速，很多人会下意识想到爱因斯坦的狭义相对论，这种想法没有错，但没有弄明白狭义相对也是有适用范围的。

狭义相对论有两个基本假设：光速不变原理和相对性原理。光速不变原理想必大家都很清楚，说的是光速的绝对性，在任何参照系下都绝对不变。

不过对于相对性原理，很多人会不太在意，实际上这个原理同样非常重要。按照狭义相对性原理，狭义相对论只适用于惯性参照系，也就是惯性系。

什么是惯性系，同时来讲就是适用于牛顿运动定律的参照系，也就是静止或匀速直线运动的参照系。

一般情况下，我们会认为地球就是惯性参照系，当然这并不是绝对的，只是近似，绝对的惯性系是不存在的。一旦来到太空，地球就不是惯性系了，太阳成为惯性系。当然，跳出太阳系后，银河系中心自然成了惯性系。

所以说，惯性系是狭义相对论的基本前提。那么问题中的光是在惯性系中吗？

很明显，不是。因为光并不能作为惯性系，光不能作为任何物体的惯性系，也不能作为参照系。因为牛顿运动定律只适用于宏观物体，而光属于微观领域，它具有波粒二象性，本身就具有不确定性，根本谈不上什么惯性，当然不能作为惯性系。

所以，任何把光作为参照系的行为其实都是没有意义的。

所以，我们通常所用的速度叠加计算方式，并不能用在两束光上。问题本身其实具有很强的误导性，直接把光看成某种宏观物体了，显然是不合适的。

非要计算两束光的相对速度的话，只能给出这样的结果。按照速度等于距离除以时间的方式来计算，由于光根本没有空间和时间概念，也可以理解为光的时间是静止的，在一瞬间就能跨越任何遥远的距离。

相当于光在一瞬间就能跨越无限远的距离，也就是说，无限远的距离花费的时间是零，相当于无穷大除以无穷小，结果是多少呢？我们不知道，或者说没有意义。

那么，如果我们把两束光换成两个宏观物体，比如说两艘飞船会怎么样呢？

当然两艘飞船的速度无论如何都不可能达到光速，这里就假设飞船的速度非常接近光速，它们的相对速度是多少呢？是不是非常接近两倍光速呢？

是，也不是！

因为狭义相对论中的光速限制指的是，在惯性系中局域速度是不能超光速的，言外之意，在非惯性系中，速度是可以随意超越光速的，比如宇宙膨胀速度就远超光速。

还有，大型粒子对撞机中，两个粒子以非常接近光速的速度飞行，两者的碰撞速度就超过了光速，碰撞效果就会更明显，这就相当于让一个粒子不动，另一个粒子超光速与其碰撞。这并不违反狭义相对论中的光速限制，因为两个粒子的相对速度超光速，并不是静止的观察者看到的运动速度。

而两艘飞船就相当于对撞机里的两个粒子，它们的相对速度肯定是超光速的，如果让它们相撞，碰撞效果肯定超过其中一艘飞船不动，另一艘飞船以光速与其碰撞的效果。

这种超光速并不违反狭义相对论中的光速限制，因为两者的相对速度并不是在惯性系下的速度。如果你静止在地球上观察两艘飞船，它们的相对速度就不会超光速，具体是多少呢？

按照我们传统用到的速度叠加公式，也就是伽利略变换，也就是V=V1+V2，应该是超光速了。不过这种计算方法在亚光速世界并不适用，因为伽利略变换的背景是绝对时空观，而我们知道时空并不是绝对的，而是相对的。

一旦来到亚光速世界伽利略变换就不再适用了，因为亚光速情况下，时间和空间会出现明显改变，必须用到洛伦兹变换才行，用狭义相对论相对速度叠加公式表达出来就是：

从公式中可以看出，当V1和V2非常小时，比如说我们平时经历的速度，那么公式中的分母就趋于1，公式就可以简化为V=V1+V2，这就是伽利略变换。但是当V1和V2很大，接近光速时，就不能简化为伽利略变换。

所以说，伽利略变换就是洛伦兹变换的特例，在低速世界的近似值。在低速世界，我们很难直观地感受这种变化。

这也是为什么很多人不愿意相信狭义相对论的主要原因，因为相对论违反我们的日常生活直觉，而大多数时候，我们更愿意相信自己的直觉和生活经验，这也是任何物种在进化中趋利避害的直接体现。

科学家们比我们的眼睛更毒辣，他们对任何新理论的诞生从来没有停止过质疑，在过去的一百多年时间里，相对论经历了无数次质疑和论证，仍旧屹立不倒，这也是相对论能成为现代物理学大厦两大基石之一的主要原因。