相對論與時間之謎，看圖就懂：和愛因斯坦搭乘光速火車的宇宙探險之旅[Xiang Dui Lun Yu Shi Jian Zhi Mi ， Kan Tu Jiu Dong ： He Ai...]＊自然科普類＊暢銷書榜～推薦！

作者：小谷太郎
譯者：林曜霆
出版社：方言文化
出版日期：2016/11/24
語言：繁體中文

ISBN：9789869349062
叢書系列：大眾科學館
規格：平裝/208頁/14.8x21cm/普通級/單色印刷/初版
出版地：台灣
本書分類：自然科普>物理/化學>概論

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幽靈列車的對撞

當有兩輛列車以近乎光速前進時，倘若你是地面上的觀測者，從你的眼睛來看，其中一輛在駛離，而另一輛則是往你接近著。假使兩輛列車正面碰撞的話，會發生什麼後果呢？

一般說來，物質若以接近光速碰撞，會因為碰撞所產生的炙熱而被蒸發得片甲不留。讓我們先假設這兩輛列車都異常堅固，即使正面對撞也只會脫軌翻車而已，當它們同時翻覆，這景象會同時傳達到地上的觀測者嗎？

這個問題的重點就在於，朝著你這個觀測者而來的列車前方所發出的光線，與離你遠去的列車後方所發出的光線，速度會不會一樣呢？當你從地面觀測時，列車前方頭燈照射出的光線，是否需要再加上列車本身的速度呢？

若依照光速不變定理，頭燈所發出的光線並不會比較快，從列車內來觀測的話是每秒三十萬公里，由地面來觀測的話也應該是每秒三十萬公里才對。乍看起來違反光速不變原理其實才符合常識，如果計算光的速度時還加入光源本體，也就是列車的速度，反而因此產生了矛盾。

倘若在測量光的速度時還加上光源本體的速度，那麼以接近光速行進列車頭燈的光線，就應該要以接近光速的兩倍朝宇宙射去，而列車後方所發出的光線則會像蝸牛般地慢才對。以及從車窗裡散發出的光線，有的會快速朝前有的則是龜速往後地分別行進。因此朝著你開過來的列車光線，會比一般的光線來得更快到達，而駛離的列車影像則會遲些才能到達。

倘若果真是這樣的話，當兩輛列車相撞之時，站在地面上的目擊者將看到一個荒謬與誇張的景象 ─迎面而來的列車突然間崩毀脫軌，卻完全看不見與它相撞的是什麼，就好像撞上幽靈列車一般。

等衝撞過後一切靜止下來時，光線將從兩輛毀損的列車反射到觀測者的眼睛，也就是你終於可以同時看見這兩輛列車了。我想此時的你一定對我剛剛的邏輯推論感到異常頭疼，沒料到當光速改變時，竟然帶來如此大的困擾。

雖然我們幾乎不可能找到以近乎光速行進的列車，不過如果用天文望遠鏡來觀察宇宙的話，你可以看到許許多多以不可思議的速度在運行的天體，以及難以計數的銀河或天體。