遥远星系飞船向地球以近光速飞行，地球将观测飞船如何运动 ...

就是爱巴萨衣

看科幻片提到的一个场景，应用狭义相对论脑补这一场景却产生了矛盾，遂知乎提问。
基本假设：将地球视为静止参考系，飞船速度u=-0.99c，飞船与地球间隔100光年，可计算出洛伦兹因子为

在地面参考系，地球观测到与飞船间距离为 飞船速度 ，因此地球上观测到的飞船飞行时间为 年。在飞船参考系，由于尺缩效应，飞船观测到与地球的距离为 ，地球速度为 ，在飞船上观测到飞船到达地球时间为 年。到目前为止问题还不算严重，根据钟慢效应 ，是相符的。但从另一方面考虑，距地球100光年远的飞船发出的光到达地球需要 年，而飞船到达地球需 年，那么地球从观测到飞船启航到飞船到达地球的时间差仅1.01年？折合飞船速度u=99c？

显然这样考虑是错误的，但哪里错了呢？
是假设的问题？假设中先验的给出了地球参考系知道飞船距离地球100光年且以0.99c速度靠近，但飞船发出的光在未到达地球时我们显然不知道飞船正以0.99c的速度向地球飞来。
或是第三种分析是“牛顿”“非相对论”的，没有取特定参考系而是以一个类似于绝对参考系的视角考虑？或者说在地球参考系中，在什么时刻观测，会观测到飞船出发时发出的光，和到达地球时发出的光？此外，这里用先验一个先验的速度0.99c推出了另一个速度99c。问题出现在哪里？
百思不得解，又没能从常见的相对论样缪中检索到这个问题，应该有人想到过类似的问题吧。
非反相，不杠。

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计算没有错。
但是它表明光与飞船之间的“相对速度”，实际上还是被“叠加”的， ，而不是“光速”。

立郎

虽然是不存在的现象！但光速恒定这个必定是宇宙通行证！

上海庐冠计算机

那么地球从观测到飞船启航到飞船到达地球的时间差仅1.01年？折合飞船速度u=99c？

不做具体计算，只讨论上面这一句，结论是前半句完全正确，后半句错误。
需要意识到，观测事件本身，是通过信息的传递实现的，而宇宙中信息传递速度的上限是光速。所以身处地球的观测者，并不能立刻感知到100ly外处飞船启航这件事。在地球观测者眼中，飞船已经快到达地球时，才刚刚收到飞船出发的信息。这件事对身处低速时空的我们来说非常怪异，但是确确实实是合理的。
而后半句的错误在于，对于光年尺度的遥远距离，并没有一个所谓的“标准时间”，只存在不同空间位置的当地时间。这里的1.01年，只是对“飞船启航”和“飞船到达”在地球时间下的时间间隔，并不是飞船飞行100ly所经历的飞船时间，所以这种方式计算出来的“飞船速度”其实没有物理学意义。

想不到918

地球将观测到飞船以视超光速急剧逼近。这种现象在类星体的喷流上早就观察到了，不需要相对论计算。
设出发点和你相对静止，飞船对着你匀速出发，出发时从 100 光年外朝你发出一束红光，在出发点看来经过 1 年后从 99.01 光年外朝你发出一束蓝光。
在出发点看来飞船出发后经过 100 年，你接收到红光。在出发点看来飞船出发后经过 100.01 年，你接收到蓝光。时间差为 0.01 年，两束光反映的飞船位置到你的距离变动了 0.99 光年，可以运用这些数据算出 99 倍真空光速的视速度。其实在出发点看来该飞船花了 1 年来飞这 0.99 光年的距离，飞船相对于你的速度是 0.99 倍真空光速。
在出发点看来飞船出发后经过约 101.01 年，飞船抵达你面前。在出发点看来，飞船不是花 1 年左右的时间差走完了剩下的 99.01 光年路程，而是花了约 101.01 年走了 100 光年路程。
你可以将飞船和光换成以宏观低速做匀速直线运动的物体来更贴近生活地理解这件事。
小明从 100 米外朝你匀速直线运动，出发时扔出一个匀速直线运动的篮球。1 秒后篮球抵达你，你测得球速 100 米每秒，同时小明从 10 米外踢出一个匀速直线运动的足球。又过了 0.1 秒，足球抵达你，你测得球速 100 米每秒。小明在 1 秒间移动了 90 米，而你用两个球抵达你的时间差 0.1 秒跟这 90 米计算，会算出小明的“速度”有 900 米每秒，超球速了。这说明小明的速度不应该拿球抵达的时间差计算。