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爱因斯坦的“光速不变”怎么理解？
光速,参考系,爱因斯坦爱因斯坦的“光速不变”怎么理解？
发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：
牛顿是物理学界的神，麦克斯韦在那个年代简直是上帝的代表，麦克斯韦方程组简单优美得完全不像是人间的产物，但是他们矛盾了，怎么办？
放不下牛顿体系的人坚持认为凡是速度必定有参考系，麦克斯韦方程组倒出的光速不是没有参考系，而是以以太为参考系（牛顿绝对时空里的绝对参考系），所以，只要我们通过实验证明了光速会相对以太运动，那么不就是证明了以太存在，证明了牛顿大神的绝对空间完美无缺了么，于是他们开始做实验，后面的事情大家都知道了。
爱因斯坦不一样，小爱同学可能因为年纪比较轻，思维比较前卫没有什么历史包袱。爱因斯坦想：麦克斯韦导出的光速没有指定参考系，你们非要强塞一个什么绝对的以太作为参考系，但是不对啊，如果电磁学的规律真的都是在以太这个参考系上的，那么岂不是说我在做电磁学实验的时候，面对着以太和背对着以太的实验效果是不一样？难道我的电流电压会因为我的仪器是正拿倒拿不一样？如果真的有以太，那以太的方向速度要怎么定呢，上帝拼什么选这样一个方向和速度？没道理啊。
总之，小爱同学发现，如果要引入以太这种绝对参考系，那么他会带来无数更多的麻烦，用一个以太在光速这里打了一个补丁，在其他地方至少要多出现十个补丁，但是如果我舍弃以太，事情反而就变简单了。秉着上帝是个懒人的思想，小爱同学拿着奥卡姆剃刀直接把以太砍了。
爱因斯坦认为，与其为了给光速找一个特定参考系引入这么多麻烦，倒不如直接假定光速在所有参考系里都是一样的，麦克斯韦方程组给出的光速没有指定参考系，那是因为这个光速在所有的参考系里都是不变的。
所以爱因斯坦做了一个假定，没错，就是一个假定：真空中的光速在所有参考系中都是一样的。然后以此为出发点，加上一个相对性原理（物理学在一切惯性系中都有相同的表达形式），逻辑严密的构建出了狭义相对论大厦，如果你承认这这两条假设，那么狭义相对论推导出来的其他所有的结论推论（尺缩钟慢双生子啥的）你都得无可辩解的接收。
光速不变是真理吗？
上面我们做了一个非常重要的陈述，也希望所有对此有疑惑的人一定要记住：相对论的光速不变只是一个假定，假定假定。
这个类似于数学体系里的公理，公理就是无法证明其对错，如果你想玩就得接受的东西。数学体系里有很多理论，你完全可以提出一些自己的公理，然后根据这些公理推导出一些有用的定理，但是你必须得保证你自己构建的这个体系是自洽的，说简单点就是要能自圆其说，别从你的体系里推导出一条定理说三角形内角和为180°，又一个定理里说三角形内角和为240°，这样你的理论就直接破产了。
如果你的体系是自洽的，能够自圆其说的解释一些事情，别人要不要信你，就是别人的自由了。而狭义相对论就是这样一个自洽的体系，从逻辑上你绝对挑不出它的问题，你能做怀疑的，就只有那两条假定。所以，光速不变不是什么真理，或者推导证明出来的定理，它只是相对论体系的一个假设。
你完全可以不承认光速不变，那么，就得烦请你自己去找个办法协调牛顿力学和麦克斯韦电磁学之间的矛盾了。
“什么，你找不到好的办法来协调牛顿力学和麦克斯韦电磁学之间的矛盾？那就暂时接受相对论呗，看人家把问题解决得如此完美的，接受一个光速不变这么难么？”
“不，我就是打死不承认光速不变，我找不到其他的方法来协调牛顿力学和电磁学也不承认它。”
“为什么啊？爱因斯坦招你惹你了，跟你有杀父之仇还是夺妻之恨啊？”
“都不是，因为爱因斯坦是权威，是最牛逼的物理学家，如果我反对爱因斯坦，反对相对论，岂不是显得我非常的牛逼？”
“……”
光速不变的未来展望
既然每个人都可以定义自己的公理，构建自己的体系，那么，可不可能在以后的一个新的体系里，光速不变不再是作为假定出现，而是作为一条普通的定律出现呢？
当然有可能，只不过，那时候你为了把光速不变从现在的假设变成定律，肯定又得接受一个更加深刻基本的假定。那套新的理论一定是包含相对论的，但是也能解决相对论解决不了的事情，科学就是在这样的过程中慢慢进步的，我们对宇宙对世界的认识也是这样逐渐变深刻的。但是，即便到了那个时候，你能说相对论是错的么？就像我们现在都知道牛顿力学只是相对论在速度远低于光速情况下的一个特例，但是你能说牛顿错了么？
大众媒体为了吸引眼球会这么说，但是真正的科学家是不会这么说的。
当然，也完全有可能在我们发现光速不变是错的，也许光速不变只是在某个特殊情况下的特例，那也没事，不经历这个阶段，我们怎么达到后面那个境界呢？
宇宙常数
现代的物理学家普遍认为光速是一个宇宙常数，就像是圆周率这样的常数，在我们的三维空间里理解这个很困难呢，但是，在四维时空里这确实很平常的事情。在统一的四维时空（不是简单的时间+空间）里，任何物理的速度都是光速，你现在也是光速，静止不动的物体在时间维度上飞速流逝，而飞速运动的物体在时间维度上会减慢，而时间空间的矢量和，不多不少正好是光速。也就是说，所有在时空中的物体都是在以光速运动，时间上跑得快的空间上动得慢，反之亦然。
这个说得有点远了，关于光速不变的事就先说到这里了，所有物体在时空中都是光速的事以后在说。
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回答于 2019-09-11 08:43:50
施郁（复旦大学物理学系教授）
所谓“光速不变”，是说真空中的光速对于相对作匀速直线运动的观测者来说，是相等的。
这既是爱因斯坦的狭义相对论的一条基本假设，也是一个实验事实。
注意，是真空中的光速。
在爱因斯坦提出这个基本假设之前，一些实验现象难以解释。
假如光速对于不同参照系是不一样的，那么，比如说光沿着地球转动方向、垂直于地球转动方向，以及逆着地球转动方向，相对于不随着地球转动的参照系来说，光速就是不一样的。这样，就可以做一个实验，也就是迈克尔孙-莫雷实验，使得沿着不同方向传播的光发生干涉（也就是叠加）。如果改变每束光的路径，干涉条纹就应该发生改变。
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