在我們的直觀理解中，如果有兩束光以相反的方向飛行，它們的相對速度似乎應該是兩倍的光速——這種想法在日常生活中頗有市場，但當這一觀念被放到物理學的嚴謹框架下時，卻顯得格格不入。
光速，這個自然界中最為神秘的速度極限，它的不變性是狹義相對論的基石之一。根據這一理論，光在任何慣性參照系中的速度都是恒定的，即30萬公裏每秒。因此，兩束相反飛行的光相對速度是光速的兩倍這一說法，在理論上是不成立的。
然而，這一直觀的想象與物理學原理之間的矛盾，正是探索物理世界深度的起點。接下來，我們將一步步揭示這一看似簡單問題背後的復雜性和魅力。
狹義相對論，作為物理學中的一大革命性理論，由愛因史坦在1905年提出，徹底顛覆了我們對於時間和空間的傳統觀念。
其中最為人所熟知的原則之一，即光速不變原理，指出在任何慣性參照系中，光的速率始終保持不變。這意味著，無論觀察者的運動狀態如何，他們測量到的光速都是相同的。
慣性參照系，這一概念源自牛頓的經典力學，指的是在不受外力或合力為零的情況下，物體保持靜止或勻速直線運動的參照系。從牛頓的角度來看，地球的地面、太陽乃至銀河系中心都可以被視為慣性參照系。但在相對論的語境中，光的傳播行為與宏觀物體截然不同，它無法作為慣性參照系，因為光速與光源的運動狀態無關。
因此，當我們試圖用經典物理學的思維來理解光速時，就會遇到障礙。光速不變原理告訴我們，對於光而言，不存在所謂的相對速度。任何試圖以經典力學的方式來計算光速相對性的嘗試，都將不可避免地失敗。為了深入理解這一現象，我們需要借助更為精密的理論工具——勞侖茲變換。
為了精確計算在不同慣性參照系中物體的相對速度，狹義相對論提供了勞侖茲變換這一數學工具。這一變換公式考慮了時間和空間在高速運動中的相對性，從而給出了更為復雜但也更為精確的速度計算方法。
運用勞侖茲變換，我們可以得出一個令人驚訝的結論：即使是在相反方向上以光速飛行的兩束光，它們的相對速度也並非我們直觀想象中的兩倍光速，而是仍然等於光速。這是因為在相對論中，速度的疊加並不是簡單的算術相加，而是要透過復雜的數學變換來計算。
具體來說，如果我們用V1表示一束光的速度，用V2表示另一束沿相反方向飛行的光的速度，那麽它們之間的相對速度V可以透過勞侖茲變換公式計算得出。將V1設定為光速c，V2設定為負的光速（因為方向相反），代入公式後，我們得到的結果是V=C。這一結果再次印證了光速不變原理的正確性，即便是在極端的情況下，光速仍舊保持不變。
狹義相對論的另一個核心原則是狹義相對性原理，它指出在所有慣性參照系中，物理定律的形式是完全相同的。這一原理意味著，無論是在靜止的地球上，還是在高速飛行的宇宙飛船中，物理規律都以同樣的方式運作。
然而，要在相對論的框架下準確定義什麽是慣性參照系，卻並非易事。牛頓在他的經典力學中定義了慣性參照系，但在相對論中，由於沒有了絕對時間和絕對空間的概念，這一定義似乎變得模糊不清。愛因史坦在提出狹義相對論時，並沒有給出一個明確的、基於相對論的慣性參照系定義，而是告訴人們可以繼續使用牛頓的定義。
這種處理方式在邏輯上形成了一個迴圈：為了套用狹義相對論，我們需要定義慣性參照系，而定義慣性參照系又依賴於狹義相對論本身。盡管存在這樣的邏輯迴圈，但因為相對論在宏觀世界的解釋力極為強大，這一問題通常被忽略。不過，這也表明了相對論並非一個完全自洽的理論，它的某些基礎概念還需要進一步的深化和解釋。
在狹義相對論中，慣性系的定義實際上是一個邏輯迴圈：為了定義慣性系，我們需要參照狹義相對論，而狹義相對論本身又依賴於慣性系的定義。愛因史坦透過引入同時的相對性來解決這一問題，他提出在不同慣性系中，同時發生的兩個事件並不一定同時，這一相對性定義了慣性系。
然而，這種解釋並沒有真正解決慣性系定義的問題，而是將問題轉移到了同時性的定義上。在量子力學中，量子纏結現象暗示了可能存在一種超越傳統慣性系定義的物理原理。量子纏結的兩個粒子，即使相隔遙遠，也能夠瞬間相互影響，這可能為理解不同慣性系下物理定義的共用提供了新的思路。
量子纏結是量子力學中的一種奇特現象，它表明兩個或多個量子粒子即使相隔極遠，也能夠以一種非局域的方式相互關聯。這種關聯性意味著，當一個粒子的狀態發生變化時，另一個粒子的狀態也會立即發生變化，無論兩者之間的距離有多遠。
量子纏結的這種瞬時感應可能為理解相對論提供了新的視角。如果量子纏結能夠傳遞物理定義，那麽在不同的相對意義下，物理定律可能能夠共用一套定義。這或許能夠解釋為何在相對論中，所有的慣性參照系都是等價的，因為它們可能共享了量子層面上的某種基本一致性。
