为什么光速是恒定不变的呢？

光速为299792458m/s，且恒定不变。光速不变是怎么一回事呢？

光速是宇宙系统内部运动的最快速度，任何有质量的物体都无法超越光速，且光速相对于任何参考系而言都是恒定不变的。这是不是有些不好理解？那就让我们从牛顿说起。在牛顿所建立的经典力学之中，任何物体的运动速度都是相对的，根据所选择的参考系的不同，物体的运动速度自然也不一样。

假设一辆汽车从我们的面前以每小时60公里的速度疾驰而过，那么以站立不动的我们作为参考系，这辆汽车的速度就是每小时60公里。此时，如果我们也驾驶一辆汽车，与这辆车并排行驶，且速度一致，同为每小时60公里，那么此时那辆车相对于我们而言就是静止的。这就是选取的参考系不同，物体的运动速度也不同。

光速不变指的是光不会因为参考系的变化而发生速度的变化。

还是刚才的那个例子，时间换到晚上，打开车灯，当我们驾车与另一辆汽车同向同速行驶的时候，那辆车的车灯所发出的光相对于我们而言是299792458m/s，如果我们不驾车，站立不动，那辆车从我们面前疾驰而过，此时那辆车车灯所发出的光相对于站立不动的我们而言，依然是299792458m/s，而并不是299792458加上汽车行驶的速度。

为什么会发生这种现象呢？因为那辆汽车的时间流逝速度在相对论效应下变慢了。当然了，这是后话，牛顿力学理论与光速不变的矛盾最初体现在了麦克斯韦方程上。麦克斯韦是与牛顿以及爱因斯坦比肩的伟大物理学家，仅凭一己之力就完成了一整套理论的建立，他将电和磁统一在了一起。

就是这个可以描述所有电和磁现象的麦克斯韦方程与牛顿力学理论出现了矛盾。

在牛顿的理论体系下，一切物体的速度都取决于所选择的参考系，而在麦克斯韦方程中，光速被如此描述c=1/ε0μ0，其中c是光速，ε0是真空介电常数，μ是真空磁导率，真空磁导率也是个常数，由两个常数所得出的光速c自然也就是一个常数了。

常数是固定的，不需要参考系，这与牛顿理论体系中一切物体的运动速度都取决于参考系产生了不可调和的矛盾。为了给这种矛盾找到一个突破口，科学家们开始假设了，一种叫做以太的传播介质被假设了出来。就如同水波需要依靠水作为介质来传导一样，光也需要借助以太来进行传导，而以太遍布于各处。

以太的假设的确可以解决牛顿与麦克斯韦的矛盾，但问题的关键在于它只是一个假设，一个未能成功证明的假设。

14世界英格兰逻辑学家奥卡姆曾经提出过一个原理叫做奥卡姆剃刀，又称简单有效原理，该原理核心就是“如无必要，勿增实体”。按照这个原理，平白无故增加一个“以太”出来只会让问题变得越来越复杂，事实上的确如此，自从以太出现之后，一个个新的难题接踵而至。

此时，爱因斯坦出现了，爱因斯坦认为，既然“以太”本身就是一个假设出来的东西，何必要花费时间在这个上面纠结呢，既然是假设的东西，那么完全可以让它消失掉，“以太”的存在只会让问题变得更复杂。我们不得不佩服爱因斯坦敢于摆脱一切束缚的思维模式。

在“以太”被去除之后，牛顿与麦克斯韦的矛盾怎么办呢？

很好解决，只需要四个字，光速不变，是的，爱因斯坦大胆提出了光速不变的假设。这个假设一出，一切都变得简单了。此后，爱因斯坦又在光速不变的原理之上，建立起了狭义相对论和广义相对论，从此，人类也正式由牛顿的时代跨入了爱因斯坦的世界，牛顿的绝对时空观被爱因斯坦的相对时空观所替代。

光速不变原理虽然源于假设，但这个假设如今早已通过实验得到了验证，比如迈克尔逊莫雷实验。当然，我们并不是说牛顿的理论体系错了，牛顿的理论体系可以说是宏观低速环境下的特例，对于日常生活中的运动学和力学问题可以给出精度极高的近似值，精度甚至足以应用在航天工程上。

光速不变指的是不管在什么惯性系下面测得的光速都等于c=3x10^8m/s

人类是在测量光速的时候发现这一点的，人们发现，在地球上测太阳发出的光，如果地球表面自转速度是v,本来以为在背向太阳光运动的A点测量到太阳光的速度会是c-v，而在面向太阳光运动的B点测量到的速度是c+v。可是结果却是在A点和B点测量到的速度都是等于c，和A点B点所处的状态完全无关。

所以，为什么光速会是不变的呢？

虽然这个问题现在并没有一个明确的答案，而只是人类在对宇宙的观察中发现的一个现象。但可以推测，其中很重要的一点就是，这个宇宙是处处平等的。

就像是一个圆，上面的每一个点，对于这个圆来说都是平等的，没有哪一个点是特殊的。而如果是一个正方形，上面角上面的那个点就和边上面的点不是平等的了。

具体到一个宇宙，假如一个宇宙1里面有A和B，他们两个是以速度v相对运动，假如这个宇宙有一个确定的空间，就比如在这个宇宙里，A是静止的，而B是以速度V运动。那么这个宇宙1就是不平等的。因为A的状态和B的状态不平等。

而在另一个宇宙2里，这个宇宙的空间是不确定的，对A来说，自己是静止的，B以速度v运动，而对于B来说自己是静止的，而A以速度v在运动，那么在这个宇宙2里A和B又是平等的了。这个宇宙2就是一个处处平等的宇宙了，没有哪一个点是特殊的，而我们这个真实的宇宙也是这样。

这会有些难理解，你可以把空间想象成水，在前一个不平等的宇宙1里，水的状态是确定了的，A相对于水静止，所以A是静止的，B相对于水是运动的，所以B是以速度v运动。而在宇宙2里，水的状态是不确定的，你不知道水是往哪个方向运动的，在A看来水是相对自己静止的，而B看来水也是相对自己静止的，其实就是说在宇宙2里，空间的状态是不确定的，会因为观察者的不同而不同。

我们这个宇宙，我们从地球上向所有方向看过去，最远最远都是只能看到500亿光年的宇宙，就是说我们的可见宇宙是一个半径500亿光年的球形，而我们地球就正好是在这个球形的正中央。从哥白尼否定了地心说之后，到了现在又发现，地球真原来真的是这个宇宙的中心。

但这并不代表地球在这个宇宙就是特殊的，如果你从另外一个星球看，同样的，你也会发现自己是在一个500亿光年半径的球的正中央，在我们这个宇宙，所有的位置都是自己所处宇宙的中心，所以宇宙中所有的点是平等的。

那么这怎么能推导出光速是不变的呢？

光的本质是电磁波，不像是其他的波，比如声波，机械波需要通过介质传播，声波需要通过空气传播，到了真空中就不能传播了。而光，在真空中也同样可以传播，就好像是不需要任何介质，但其实我们就可以把空间看作光的传播介质。

回到我们之前所说的宇宙1，在宇宙1里，有一束光在空间里运动，在A看来，空间相对自己是静止的，所以A测得光的速度就是光在空间里本来的速度c，而在B看来，自己是以速度V相对空间在运动，所以B测得的光的速度是c-v。这样在有不平等的宇宙1里，光速是可变的。

而在处处平等的宇宙2里，即我们这个真实的宇宙，在A看来，空间相对自己是静止的，所以A测得光的速度就是光在空间里本来的速度c，同样在B看来空间相对自己也是静止的，所以B测得光速也是c，所以在这个宇宙里，光速是恒定的c。

光速是不变的，在我们看来是一个特别奇怪的东西，可如果细想的话，如果光速是可变的，那其实才是真的奇怪了。 光速是不变的，在我们看来是一个特别奇怪的东西，可如果细想的话，如果光速是可变的，那其实才是真的奇怪了。

光速不变简介

A

B

C

D

在相对论中，光速不变是很特殊的，不是我们简单理解的匀速直线运动，而是指在真空中，光没有相对速度。光速在相对论中有两个观点：一是光不具有相对速度，这是相对论的前（提下面将分析）；二是光速c是运动速度的极限，这是相对论的结论（根据洛伦兹转换）。

在上图中，我们设A点沿平面D并且相对于平面D以五万公里/秒的速度运动，运动方向如图；C点以相反方向运动，相对平面D速度也为五万公里/秒。B为一束光，运动方向与C点同向，相对平面D的速度为c。根据相对论的光速不变原理，这束光B相对于A点的速度为c，相对于C点的速度也为c。显然，这是不可能的。

我们以下图作为分析对象：

A

B

C

A、B物体在地面运动，相对地面运动速度分别为每小时20与30公里。D为B物体上的一个光源。对两物体之间的相对速度进行测量时，无论在地面上还是在A、B物体上进行测量：同向运动时相对速度是10公里每小时；逆向运动相对速度是50公里每小时。相对速度的这种变换就称为伽利略变换。

按照经典相对论前提解释：但当你在地面或A、B物体上对D点发出的一束光的速度进行测量时，则不具有以上转变。在B物体上测得光速为c；在地面上测得的光速不会是c+30或c-30，也是c；在A物体上测得得光速不会是c+10或c-50，也是c。以上现象与麦克尔逊-莫雷△N=0实验结果相结合。就成为爱因斯坦光速不变原理的理论基础，即：在所有惯性系内测得真空中的光速恒为c，也就是光速与惯性系的选择无关，或者说光速与光源或观察者的运动无关。因此伽利略变换不成立，爱因斯坦抛弃了这一理论。

但爱因斯坦忽略了一个基本的物理现象：就是多普勒效应。在各处所测得的光速虽同为c ，但其频率是不同的，而频率的不同恰恰是运动所引起的，而且与相对运动速度大小成正比。由在《五维时空坐标》中的分析结论知道，这是光与其它物体具有相对运动速度的间接表现。因此对于光（或电磁波、或微观粒子？）而言，麦克斯韦电磁理论、相对性原理、伽利略变换同时成立，在不同惯性空间中，光（或电磁波、或微观粒子？）还具有洛伦兹转换；宏观物质则是速度v、相对性原理、伽利略变换同时成立，没有洛伦兹转换。进一步分析我们知道，它还有更多的物理内涵。

光以上运动速度变化，在相对论中用洛伦兹转换表达，爱因斯坦将其称为是运动引起的时空效应变化。在五维时空坐标中这种变化也同样能用洛伦兹转换表达，只是物理内涵不同《参见五维时间与空间》。在相对论中洛伦兹转换只有一种表达，实际应该有趋近光源与远离光源两种不同的表达式。

因此五维时空坐标及其推论结论不能成为推翻相对论的充足理由，只能认为相对论具有缺陷或还有更大奥密。五维时空坐标及其推论结论还可能为相对论提供更坚实的基础。

相对性原理：此原理认为相对静止和做匀速直线运动的参考系是等价的，物理规律在这些参考系中有相同的表现形式。

麦克斯韦电磁理论认为：电磁场以波的形式在真空中传播，运动速度为一个常数c。也就是说电磁波在真空中传播速度是恒定的。进一步的研究表明，光波就是电磁波，c就是光速。

在宇宙中，光速不改变的原因是多方面因素的共同结果，假如从科学的角度而言，光是一种电磁波，它的传播需要介质，但由于光子的种类繁多，以及它的微小性，才让得宇宙中的诸多外部因素对它的速度并不会构成多大的影响。当然，有人也提出了疑问，光速就真的是不变的吗？这可能也需要打一个问号，虽然人类对光的研究已经十分深入，不过人类的研究终究是有限的，人类也根本没有十足的证据证明光速就是不变的，因而更多的人认为，光速不变说是一种假设。

当然，不同的人对此有不同的看法也是正常的，毕竟谁也不能够确定到底谁是正确的，有人说：速度，实际上现实当中它并不存在。它只是人为创造出来的一个量，客观存在的是空间和时间，空间是物质的相对位置。时间是物质的演变过程。速度是空间相对于时间的变化率，它并不是一个客观存在的物理量，所以速度不可能会有一个上限。可以看出，这种说法也是有着一定的道理的，但也有人持反对态度，因此，不管事实如何，仍然需要人类继续探索。

通常来说，物体都是具有能量的，即便是光也不例外，而物体具有能量的方式主要有两种，一种是相对于空间的势能，另外一种则是自己的动能。由于光子的质量非常非常小，因此对它的探究便会追寻到微观世界，也正是由此，相较于人类的时间尺度和实际接触到的能量范围，不同光子的速度差虽然大于零，但是其与光速的比值却近似为零，从而往往表现为光速不变的现状。

总的而言，光的速度到底是不是不变的，这仍然是一个问号，但假如从量子空间的角度进行分析和理解，貌似也可以认为它是不变的。