3、对于光速不变性原理的争论

不变性光线以30万公里/秒的速度在真空里传播。

当它遇到障碍物的时候，会在障碍物表面进行反射。

假如障碍物表面凹凸不平，光线就会进行漫反射；假如障碍物表面异常光滑，光线就会进行镜面反射。

拿镜面反射为例。

当一束光线照射到镜面后，马上会在镜面处反折并沿着另外一个方向反射回去。

这种镜面反射符合以下几个基本规律：一是反射角等于入射角；二是入射光线与反射光线在同一平面内；三是入射光线和反射光线分别位于法线（过入射点始终垂直于镜面的虚拟直线）两侧。

透过镜面反射的这三个规律，可以很容易使我们联想到现实中存在的一些事例。

比如一个运动着的乒乓球碰到墙壁后反弹的例子。

乒乓球遇到墙壁反弹与光线遇到镜面反射这两种现象非常相似。

那么这就很容易使我们联想到，组成光线的光子在遇到镜面后会像乒乓球遇到墙壁一样反弹了回来。

事实真的是如此吗？众所周知，乒乓球遇到墙壁的一瞬间，球体会在墙壁的阻碍下发生形变，其速度会逐渐变慢并最终趋近于零，然后乒乓球会在恢复形变的过程中远离墙壁，其速度也会逐渐的增加并最终接近于撞击墙壁前的速度。

我们回过头来再看光子。

假如光子与乒乓球撞击墙壁的原理一样，那么光子会是怎样一种情形呢？首先光子必须是圆球状，不能是椭圆状也不能是有棱角的其它物体形状。

其次是光子必须有弹性，且弹性可以恢复。

再其次光子不能够有自旋，因为一旦有自旋其入射角就不会等于反射角。

最后光子速度可变，光子遇到镜面后速度会逐渐变慢并趋近于零，然后在反射中光子再从速度零逐渐恢复到光速。

针对第一点，由于光子是属于量子级别的点粒子，其形状如何我们观察不到更不得而知，因此第一点光子是否属于球状我们无法确定。

但是假如把镜面放大到光子级别，我们就会发现镜面其实是凹凸不平的。

所以光子在镜面如乒乓球般反弹是不可能的事情。

第二点光子假如有弹性，其必然是可以继续分割的。

但由于光子属于量子级别的点粒子，量子即是不可再分的物质了。

那么光子也可以看做是不可再分的物质。

那么这第二点光子是否有弹性，我们认为是不可能的。

对光速不变的质疑对光速不变的质疑狭义相对论的基本假定就是“真空中的光速不变”，这个假定存在很多问题。

首先，证明光速不变的事实具体有四个：①恒星光行差。

②恒星都是一个一个的小圆点。

③恒星都静止。

④太阳光迈克尔逊·莫雷实验。

前面三个论证犯有基本逻辑错误。

都把巨大的恒星当做一个点光源。

点光源只能发射同一频率同一速度的光，因此光速不变已经包含在这个假定当中了，这样问题就变成恒星是不是点光源了，说恒星是点光源显然是错误的。

恒星只能在使用万有引力定律时因为与别的星球距离遥远而当成“质点”，但是绝不是点光源。

就拿太阳来讲，它是一个巨大的天体，发出各种可见光的光源，不可能为单色光。

即使是单色光，球体各部分到地球观测点的距离各不相同，如果观察者同时看到它们发出的光线，显然速度不同。

更加遥远的恒星这种速度差别虽然更加微小，但是一定有差别。

再加上望远镜改变光路，观察者眼睛都有“弛豫时间”，观察到的肯定包含许多不同速度的光线，所以这样的证明是不可信任的。

其次，上述观察结果都要假定观察者的位置基本固定的，实际上地球有自转还要围绕太阳旋转，太阳要围绕银河系旋转，银河系也不断旋转，因此要保持恒星与地球上观察者的相对位置不变事实上是不可能的。

如果因为两者相距遥远可以忽略地球上观察者位置的变化，那么根据运动相对性原理，恒星当然也可看着不动。

更加本质的问题是：光到底是粒子还是电磁波？现在普遍的观点是波粒二象性，这是一种折中观点，因为实在没有办法否定黑体辐射和光电效应这两个实验结论。

首先光是粒子即光子，它确实有波动性，但是是一种物质波，如同电子也具有的德布罗意波，不是电磁波。

仅仅因为光子能量比电子能量小得多，因而波动性非常明显而已。

（这一点我们以后还会详细论证）。

麦克斯韦方程是建立在电磁场理论基础上的。

否定光是电磁波，麦克斯韦方程至少不能反映光的实质，其中的常数C也就不能代表光速了。

至于迈克尔逊·莫雷实验测量不出太阳光速变化，一方面是他们测量精度不高，另一方面他们是根据光是电磁波的认识进行的，上面我们已经说明这种认识是错误的。

5、光速不变性原理与唯物辩证法关系的思考爱因斯坦认为按照麦克斯韦电磁理论，电磁波的速度为c是依据真空的导磁率和介电系数得到的，电磁波是以电磁和磁场转换传播的。

他认为依据经典力学认为以光速追逐光看到的却是只振荡而不前进的电磁波肯定是不符合电磁理论的，它们之间存在着不可调和的矛盾，要么抛弃电磁理论的电磁波速度的结论，要么抛弃经典力学的速度叠加原理。

爱因斯坦为此一直追逐了10年，最后他抛弃了经典力学的速度叠加原理，在26岁时提出了光速不变原理，从而提出了相对论。

相对论提出了光速不变原理，爱因斯坦在1905年的相对论论文里称其为“公理”，而在1916年爱因斯坦出版的《狭义与广义相对论浅说》里却这样写道“我们可以假定关于光的速度c是恒定的这一简单的定律已有充分的理由为学校里的儿童所确信，谁会想到这个简单的定律竟会使思想周密的物理学家陷入智力上的极大的困难呢？原理：是指具有普遍意义的最基本的规律，必须由实践确定其正确性。

公理：反复的实践检验是真实的，不需要证明同时也无法去证明的客观规律。

爱因斯坦在自己写的书中也承认“假定关于光的速度c 是恒定”，并且这个假定也没有经过实验的确认。

研究space-time的性质需要进行测量，光或电磁波是测量space-time的唯一工具，从而是了解space-time性质不可缺少的因素。

相对论常遭指责，说它未加论证就把光的传播放在中心理论的地位，以光的传播定律作为时间概念的基础。

然而情形大致如下：为了赋予时间概念以物理意义，需要某种能建立不同地点之间的关系的过程。

为这样的时间定义究竟选择哪一种过程是无关重要的。

可为了理论只选用哪种已有某些肯定了解的过程是有好处的。

由于Maxwell与H.A.Lorentz的研究之赐，和任何其他考虑的过程相比，我们对于光在真空中的传播是了解得更清楚的。

【1】狭义相对论只所以适用于电磁场是因为电磁场的传播速度都等于光速，在电磁场发生的两个事件是以光速联系着，如果以其它信号联系，同时性与因果律的概念也会变化。

光速不变原理是错误的摘要：光速不变原理是错误的。

相对论是在错误的假设基础上产生的错误的理论。

本文提出了光速可变原理：光速是可以改变的。

根据光速可变原理，可以正确的解释光行差、光线弯曲、多普勒效应和引力红移等现象。

关健词：光速光速可变相对论光行差光线弯曲多普勒效应引力红移一、光速不变原理是错误的。

1、迈克尔逊——莫雷干涉实验不能证明光速是不变的。

迈克尔逊——莫雷干涉实验证明了“以太”是不存在的，但不能证明光速是不变的。

其实，只要用光相对于光源的速度不变的观点就能够很好的解释迈克尔逊——莫雷干涉实验的零结果。

在迈克尔逊——莫雷干涉实验里，光从电灯A射出，仪器装置电灯A、玻璃S0、平面镜M1、M2和镜筒T等都固定在地球上（如图1）。

图1由于光对于电灯A （光源）沿各个方向速度数值相等，都等于c 。

在使仪器装置旋转90°的前后，两个光束进入镜筒T 的时间差△t 和△t ′是一样的。

因此，在实验里观察到的干涉花纹形状不会改变。

所以，迈克尔逊——莫雷干涉实验只能证明“以太”是不存在的和光相对于光源的速度是不变的，但不能证明光相对于观测者的速度与光源的运动无关，也就是说，迈克尔逊——莫雷干涉实验不能证明光速是不变的。

2、从光源的发光机理看，光速是可以改变的。

光是一种电磁波，它是从光源的原子（或分子）激发辐射的光子。

相对于光源来说，光的的速度是不变的。

但是当光源处于运动状态时（相对于观测者），光的速度（相对于观测者）会不会改变呢？也就是说光源的速度会M 1A不会迭加在光速上呢？如果说光源的的速度不能迭加在光速上，那么，有什么理由呢？其实，根本就不存在这种理由！如果光相对于观测者的速度是不变的，那么，光相对于光源的速度岂不是变化的？当光源远离观测者运动时，光相对于光源的速度增大；当光源靠近观测者运动时，光相对于光源的速度减小。

如果光相对于光源和观测者的速度都是不变的，那么，就意味着光的速度是可以随意改变的。

真空光速不变性原理的解释问题导引：为什么光速c刚好是299792458m/s？史蒂文·温伯格曾经说过：“我对基础物理学的进步的想法是，能带领我们更接近一种能够以自然的和统一的方式解释所有物理现象的简单理论.”英国科学哲学家波普尔主张，任何科学理论都是试探性的、暂时的、猜测的，它们是不能够被证明的，但是可以被证伪的.按照霍金的理解就是：如果理论只是假设意义上讲，任何物理理论总是临时性的，你永远不可能讲它证明…….一个好的的理论的特征：它能够给出许多原则上可以被观测所否定或所证伪的语言.（一）爱因斯坦对于光速不变性原理的解释爱因斯坦在给达文波特的信中说：“在我本人的思想发展中，迈克尔孙的结果并没有引起很大的反响.”爱因斯坦认为：真空中光的传播定律必须由一个能与相对性原理一致的较为复杂的原则取代；这是因为相对性原理自然而简单并且在人们的思想中具有很大的说服力；但是，理论物理学的发展说明了我们不该遵循这一途径.他认为新的理论应该与电动力学的理论协调起来.于是，他较深入的分析了时间和空间的物理概念，让人们看到相对性原理和光的传播定律（真空中光速恒定定律）没有丝毫的抵触之处.这样他完成了他的狭义相对论，光也就有了新的参考原则.爱因斯坦在他的《狭义与广义相对论浅说》中说：“在物理学中几乎没有比真空中光的传播定律更简单的定律了.学校里的每个儿童都知道，或者相信他知道，光在真空中沿直线以速度千米每秒传播.无论如何我们非常精确地知道，这个速度对于所有各色光线都是一样的.因为如果不是这样，则当一颗恒星为其邻近的黑暗星体所掩食时，其各色光线的最小发射值就不会同时被看到.荷兰天文学家德西特根据对双星的观察，也以相似的理由指出，光的传播速度不能依赖于发光物体的运动速度.”爱因斯坦在1952年第十五版本的《狭义和广义相对论浅说》中仍然如是说，“我们可以假定关于光（在真空中）的速度c是恒定的，这一简单的定律已有充分的理由为学校里的儿童所确信.谁会想到这个简单的定律竟会使思想周密的物理学家陷入智力上的极大困难呢？”二十世纪末，在天文和微观的实验中都发现了一些现象，光速不变原理的经典解释遇到困难，关于此问题的理论探讨也很活跃，我国科学家在这个问题上也一直进行着摸索，物理学可以使用假设,并在假设的基础上建立理论,然而用实验检验其非假设成果的正确性,进而间接验证假设的正确性.之所以这样做,是因为在假设时代,该现象还得不到合理的解释,这说明假设的现象比当时物理能解释的东西更基本.因此,如能在以后对假设作出科学的解释,就是对物理学的重大突破. 自从相对论发表以来，对它的争议就没有停止过.但相对论以其完美的数学表达形式和广泛的实验论证，已经被许多人接受.攻击相对论的人只能找到一些相对论不能解释的物理现象来证明它的局限性，而不能从根本上否定它.叫喊声一直不停的主要原因，是光速恒定的公设.没有人能够从理论上找到光速不变的原因，但对这一实测的结果心存不甘，因为它是伟大的相对论的基础条件.他在1922年就真空光速不变原理写道：“相对论常遭指责，说它未加论证就把光的传播放在中心理论的地位，以光的传播定律作为时间概念的基础.然而情形大致如下：为丁赋予时间概念以物理意义，需要某种能建立不同地点之间的关系的过程.为这样的时间定义，究竟选择哪一种过程是无关重要的.可是为了理论只选用那种已有某些肯定解的过程是有好处的.由于麦克斯韦与洛伦兹的研究之赐，和任何其他考虑的过程相比，我们对于光在真空中的传播是了解得更清楚的”.爱因斯坦著《相对论》47页“1、7 光的传播定律与相对性原理的表面抵触”，“在此种抵触下，似乎除了放弃相对性原理或真空中光的传播的简单定律外，我们别无他法.但保留相对性原理是仔细阅读上述论述的读者几乎一致的意见.这是因为如此自然而简单的相对性原理给予人们很大的说服力，因而真空中光的传播定律就必须由一个能与相对论原理一致的比较复杂的定律所取代.然而，理论物理学的发展使我们不必继续这个进程.经典电子论的创立者、具有划时代意义的H-A-洛伦兹对于与运动物体相关的电动力学领域中无可争辩的经验产生出关于电磁现象的一个理论，而又有该理论必然推出了真空中光速恒定定律理论.因此，尽管没有任何实验数据表明有与相对性原理相抵触之处，但许多著名的理论物理学家对相性原理还是比较倾向于舍弃的观点.相对论就是在这个关头出现的.由于以时间和空间物理概念的分析，相对性原理因而就与光的传播定律没有丝毫的抵触之处.”如果麦克斯韦方程正确，而且满足相对性原理，那么可以证明光速不变是正确的，但在爱因斯坦提出狭义相对论的时候还不知道麦克斯韦方程是否正确，于是才把光速不变作为基本假设.（二）、现代物理学对于光速不变性原理的解释在量子力学中可以看到，如果光子的静止质量为零那么光速不变是正确的，前面已经分析了光子只具有电磁质量，没有引力质量，因此光速不变性原理也是正确的.厄瓦耳(Ewald1912)和俄辛(Oseen1915)的消光定理（Extinction theoremof）认为：“不管光离开其光源时速率多大，由于媒质的介入，一个新的扰动来替代他，这个扰动的频率与光源光频率相同，但却以媒质的特征相速度来传播.这时，对媒质的光学性质进行修正以后，相对于媒质静止的观测者测得的光速都将等于这种媒质中的光速，使得源的运动和光相对于源的速率无关.”张元仲先生在《狭义相对论实验基础》一书中对各种检验光速不变性的实验进行了分析，结论是：“在实验中依靠光信号较钟，将会把可能的光速方向性效应抵消掉，……各种检验光速不变性的实验都只证明了回路光速的不变性，并没有证明单向光速的不变性.因此，通常所说的‘光速不变原理已为实验所证实’是不确切的.”水中光速c/n、雷达波延迟、GPS、Sagnac……，越来越多的实验证明：真空中引力场与光速的关系密切.光的速度与光源运动无关，不能认为运动的物体带动周围的ether.Galileo相对性原理和经典 transformation可以应用于力学现象，但是不能用于光电现象的原因在于它们是奠定在绝对space-time观的基础上研究引力质量问题的，光子与中微子没有相互作用，ether不影响光速，光子与引力场没有相互作用.狭义相对论的假设是正确的.实物运动时，能且只能带动属于它自身的万有引力场和电磁场.这一情况，同有关的实验结果是一致的.光行差现象显示，以太未被地球拖曳.这是因为，传播遥远恒星的引力场，主要是恒星间的引力场，地球的运行，对于绝对时空的影响微不足道；斐索实验的结果是以太要部分地被水流曳行.其实质是，水在流动时会带动属于它自身的场，而不会带动地球的引力场.近百年来，人们对麦克耳逊——Moley实验、Maxwell方程以及群论上的公理证明对真空光速不变性原理进行质疑，但是都没有取得实际的实验结果，说明了真空光速不变性原理的正确，也说明光只具有电磁质量.广义相对论和狭义相对论的最大不同，在于对于真空绝对速度C（真空绝对速度和一般所言的“电磁波真空波速”不是一个概念，只不过后者在数学上恰好等于前者而已）只能在局部观测者上定义.也就是说，狭义相对论可以定义一个全局观测者，而在广义相对论中只能使用局部观测者，而参照系的选择就体现了观测者的选择（两者还不完全相同）.在广义相对论中，从始至终所说的是：在局部观测者自己看来，自己所在位置的电磁波的真空光速等于真空绝对速度C，这才是广义相对论中对于光速所说的全部内容，不要将狭义相对论和广义相对论混淆.在非本地观测者看来，自己所在位置以外的别的地方的光速完全可以不是光速，这是广义相对论的一个很常见的结果.由于光子只具有电磁质量，它在度量空间（相对空间）里运动电磁质量不变，引力质量与电磁质量之间没有相互作用，频率与波长不变，所以光速为定值.由于光子的引力质量为0，因此引力场与electromagnetic field的速度相同.如果认为引力场的传播速度是由激发它的物体的引力质量决定，那么根据伽利略对于两个铁球同时落地的推理可以得出引力场的传播速度是定值，因此物理学中的真空光速不变性原理是指在仅有引力场的条件下，是有引力场的运动速度决定的，而在电磁场中光速是可变的，例如在介质中光速小于C，这也符合相对绝对论的观点.1902-1904年，密勒和莫雷在地表用更精密的仪器做迈克尔逊-莫雷实验，实验结果比1887年迈克尔逊和莫雷所得更接近于零.后来，密勒超出了地表空间，得到了不同寻常的结果.到了1921年,密勒把迈克尔逊-莫雷实验装置安在威尔逊山上进行，所用方法和以前一样，但实验发现有10Km/s的正效应，也就是说光相对于地球在以10Km/s的速度做漂移运动.为了证实这一点，他采取了多种措施，包括撤换铁磁材料，用水泥座代替钢架，用铜、铝代替钢铁；将光源隔开，以防温度变化；并采用不同的光源；甚至故意用电炉加热以试验温度的影响等等……密勒还是得出确切的结论——光相对于地球在以10Km/s的速度做漂移运动. ——摘自《著名经典物理实验》郭奕玲、沈慧君，北京科学技术出版社. 密勒——担任过美国全国物理学会的主席，是美国科学院院士.但是，他自己不能很好地解释着个实验，后来很多人在地表又做迈克尔逊-莫雷实验进一步得到的都是零结果,不同的实验结果空间高度不同.笔者认为这是由于地磁场的存在影响的结果.有人假设光波和声波一样，需要介质传播（如以太）.那么，设光线的频率为K，光源相对介质的速度为V，观测者相对介质的速度为U，则有：K`=K[（1-U/C）/（1-V/C）]，对上式的1/（1-V）用二项式展开得：K`=K（1-U/C）（1+V/C +V2/C2+V3/C3 +……），设M= V2/C2+V3/C3 +……，对上式整理如下： K`=K（1-U/C）（1+V/C +M）=K（1-U/C）（1+V/C）+KM =K[1-（U-V）/C]-K[UV/C2+M]，通过上面的数学推导，我们得到光多普勒效应公式为：K`=K[1-（U-V）/C] +K[-UV/C2+ V2/C2+V3/C3 +……]，分析如下：由设顶的条件我们可知，（U-V）是我们相对光源的速度，是我们可知的.因此，在上面公式中，前面的频移部分K[1-（U-V）/C]，与V和U是无关的.后面的频移部分K[-UV/C2+V2/C2+V3/C3 +……]，是与U、V有关的.这样我们通过不同的相对速度实验，就应该得到的频移，检验出U、V的存在.实际情况是：实验结果的频移是一致的.当然，由于后面的频移部分是值很小的1/C高次项，对实验的精度要求很高.所以，实验结果的一致，并不完全可信.但随着实验精度的提高，这个问题是可以解决的.光的多普勒效应结果，已经经过无数次的天体观测和地面实验，没有发现任何与光源相对介质的速度、观测者相对介质的速度有关的数据.光速与介电系数及磁导率有关，声速与介质密度与弹性系数有关，光速与声速两者的确有可比性，因此这个“用声速代替光速”论诘难已经被无数人提出过.理由有三：1)声波波动方程满足Galileo不变性，但电磁波波动方程不满足Galileo不变性，所以两者不具有完全可比性.既然声波波动方程满足Galileo不变性，所以从逻辑上讲，不存在提出“声速不变原理”的必要性；2）作为潜在的研究，可以允许你去提出“声速不变原理”及以此为基础的“声速相对论”，但基于“声速不变原理”所提出的动力学理论结果明显与实验违背；3）“光速不变原理”尽管在相对论发展历史上具有重要意义，但其实它是完全不必要的.几十年来，已经有很多人指出（见下面的文献），“光速不变原理”应该是相对性原理的一个推论，而不是出发点（基本假定）.这里，“光速不变原理”以一个推论“必然存在一个不变速度，它在时空变换下不变”的面貌出现.波的传播速度决定于媒质的特性，对于弹性波来说，波的速度决定于媒质的惯性和弹性.液体和气体只有容变弹性，在液体和气体内部只能传播与容变有关的弹性纵波.现有理论证明在液体和气体中纵波的传播速度为C=Bρ（纵波），式中B是媒质的容变弹性模量，ρ是媒质的密度.固体中能够产生切变、容变、长变等各种弹性形变，所以固体中既能传播与切变有关的横波，又能传播与容变或长变有关的纵波.在固体中，横波速度C=Gρ，纵波速度C=Yρ，式中G和Y分别为媒质的切变弹性模量和杨氏弹性模量. 附录1：科学家首次成功地将一个光脉冲“冻住”了足足1秒钟的时间，这是以前最好成绩的1000倍.将冻住光束的时间大大延长，意味着可能据此找到实用方法，来制造光计算机或量子计算机用的存储设备.要使光停住脚步，需要一种特殊的陷阱，其中的原子温度极低，几乎静止，以至于每个原子都有着同样的量子态.通常情况下，这样一团冻结的原子是不透明的，但仔细校准后的激光能够在其中“切割”出一条通道，使得一个光脉冲从另一方向传播过来时，陷阱相对于它来说是透明的.一旦切断激光，陷阱立刻又变得不透明，光脉冲就被困在陷阱里了.恢复激光照射，光脉冲将继续传播.陷阱的秘密在于，它并不是普通陷阱困住物体那样困住光线，而是通过建立“量子冲突”(quantum conflict)来保存住光脉冲的信息.激光和光脉冲对原子的作用是相反的，导致原子发生“纠缠”，处于两种量子态的混合状态.切断激光时，原子吸收光脉冲，但光脉冲并没有丢失，原子仍然纠缠在不同量子态中，光脉冲的信息给它们留下了印记.只要原子不移动或改变，就能完全保有光脉冲的信息.以前的光陷阱只能坚持约1毫秒，随后就由于原子的移动而崩溃了.澳大利亚国立大学的物理学家Jevon Longdell 及其同事利用掺有稀土元素镨的硅酸盐晶体，制造出一个“超级光陷阱”.由于晶体是固态的，而镨的磁稳定性非常好，这个陷阱保留光脉冲信息的时间比气体陷阱或不够稳定的晶体陷阱要长得多.科学家在8月5日的《物理评论通报》(PRL)上报告了这一成果.附录2：中国科学家获得引力场以光速传播首个观测证据2012年12月26日下午，“引力场以光速传播的观测证据”新闻发布会在京举行.中国科学家在发布会上宣布，获得了“引力场以光速传播的第一个观测证据”.由中国科学院地质与地球物理研究所汤克云研究员领导，中国地震局和中国科学院大学有关人员参加的科学团组，经过十多年的持续探索，在实施了多次日食期间的固体潮观测后，发现现行地球固体潮公式实际上暗含着引力场以光速传播的假定，从而提出了用固体潮测量引力传播速度的方法. “Observational evidences for the speed of the gravity based on the Earth tide” 一文报道了利用西藏和新疆高质量地球固体潮数据测定引力传播速度的结果，即将发表于《科学通报》英文版.近年来，中国科学院地质与地球物理研究所汤克云研究员及其团组先后实施了1997年漠河日全食观测、2001年赞比亚日全食观测、2002年澳大利亚日全食观测、2008年嘉峪关日全食观测、2009年上海-杭州-湖州日全食观测和2010年云南大理日环食观测，主要是重力固体潮观测.在多次的“日全食期间的重力观测”后该团组发现：“现今固体潮理论公式中隐含着引力场以光速传播的假定”，进而导出了引力传播速度方程，找到了求解引力场速度的有效方法；选择远离太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋的西藏狮泉河站和新疆乌什站的固体潮数据作粘弹性滞后校正后，代入引力传播速度方程，获得了“引力场以光速传播的第一个观测证据”.历年来这项研究分别得到了国家科技部、国家基金委、中国科学院、中国地震局的支持.该项原始创新成果，对于引力场的理论和实验研究具有重要意义.。

导读：光速的本质是什么？光速为什么是光速？光速为什么是不变的？光速不变！爱因斯坦的狭义相对论就是基于光速不变原理发现的，不要认为光速不变原理是定律，事实上它只是爱因斯坦通过研究麦克斯韦方程组后的一个假设，你也可以认为是一个公理，有了这个假设，才有了爱因斯坦之后的狭义相对论的诞生！有人可能会说，既然是假设，就不一定是正确的，但事实上任何科学理论都是一种假设，然后再把这种假设进行全方位的验证，同时这行假设能够轻而易举地诠释相关宇宙奥秘。

而迈克尔逊-莫雷的实验也证实了光速不变原理！而爱因斯坦做出光速不变假设是在牛顿的绝对时空观与爱因斯坦的相对时空观的冲突中产生的，因为牛顿的绝对时空观占据了统治地位，但它与完美到极致的麦克斯韦方程组不相容！我们理解世界的方式永远不要单一。

看看下面的关于光速的论述，会让你耳目一新。

内容如下：这里有必要说一下，光速不变并不是指光速在真空的速度是30万公里/秒，而是在任何运动状态下，以任何物体为参照系，光速都不变！这里还是再把四十四章的一个问题，拿出来再问一遍：你如何理解光速不变原理？关于光速不变原理的理解。

注意再看一遍：光速不变原理是指真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。

不要盯着光速值看，要看根本。

就好比我问你：现在的光速值被认定为299792458 米每秒。

假如100年后，光速值的测量变为299792458.001米每秒，那么你会说爱氏的相对论是错误的吗？很显然就原理所述而言，没有一点毛病，即使100年后光速测量变为299792458.001的时候，爱氏的相对论依然是正确的。

因为对于任何观测者而言，光速都是这个值，光速是不变的。

光速不变原理就是成立的。

很多同学，一般会被光速值吸引，这是舍本逐末。

在第四十四章中，明确说过这样一句话，光速的本质：光速【真空】是一种时空束缚态，光速为定值是时空使然。

也就是时空告诉物质如何运动，这种运动就包含了以多大速度运动。

光是物质，自然就遵从时空规律。

3、对于光速不变性原理的争论在相对论中最难理解的莫过于真空光速不变原理了，其实这一原理是正确的：只要将那个运动的坐标系不要看成绝对坐标系，而是一种运动着的物质系统，光进入该系统后，由于光子与该物质系统内的某种更为细腻的物质——真空量子相互作用，使得光依然以光速运动，也就说光子与它产生相互作用的邻域真空是一个不变量，这就是真空光速不变原理（请参考：广义相对论引论，王仁川，合肥：中国科学技术大学出版社，1996年）。

有人总结说：20世纪初物理学上空的“两朵乌云”，不仅未消，如今反倒平添了许多。

A.Einstein与波尔（N.Bohr）关于量子力学那场辩论给人们留下了深刻的印象，A.Einstein对量子力学的主要指责是其关于物质规律的描述是不完备的，可是当我们考察狭义相对论时（以下简称相对论），会产生一种与A.Einstein当年看待量子力学时相似的感觉，即相对论存在有某种过多地人为任意性，而并非大自然的本来面目。

具体而言，这是指 A.Einstein本人也不得不承认的“相对论常遭指责，说它未加论证就把光的传播放在中心理论的地位，以光的传播定律作为时间概念的基础”；另外还指他也意识到的光的传播定律与相对性原理的抵触。

在爱因斯坦的光速不变原理中, 包含了另外一个重要的“假设要素”: 单程光速不变。

有关“以太漂移”以及光速测量的所有实验的分析表明, 作为“经验上观察到的现象的一般性质、一般原理”而言, 不包含重要假定的原理应该是“空间闭合回路的平均光速不变”, 或者“往返平均光速不变”。

其实, 要测量“单程光速”, 必须把在起点和终点的钟事先对好;然而, 用什么来对钟呢? 如果不采用其他假定, 就只能用光讯号。

但是, 要测量的就是单程光速, 于是这就陷入逻辑循环。

爱因斯坦当然非常清楚这一点。

如何解决呢?他认为, 必须采取“约定”。

其实, “约定”就是一种基于实验, 而又高于实验的“假定”。

有没有实验可以验证这个“假定”的真伪呢?至少到目前还没有!除了上述这两个重要的“假设要素”之外,狭义相对论中还存在其他“假设要素”。

爱因斯坦定义光速不变的假设，是为了解决物理学的什么问
题？
爱因斯坦当时假设光速不变原理，是因为以下这个原因：
1。

解释麦克尔逊——莫雷实验的零结果
简单地说，如果我们在地球上有一个相对地球静止的镜子，因为地球在公转，所以这个镜子跟着地球一起在运动，那么地球的速度是30000公里/秒，所以镜子的速度也是30000公里/秒。

那么问题来了，如果有一束光打在镜子上，入射光线与反射光线的速度是不是一样的？麦克尔逊——莫雷实验结果告诉人们，入射光线与反射光线的速度是一样的，都是光速，这就很奇怪了——类似于你在一个高速公路的汽车上跳车，居然与在平地上跳远是一样得远。

这个很反直观，但对光来说确实是这样的。

于是，爱因斯坦提出了光速不变原理。

2。

解释电磁波的波动方程
在maxwell的电磁场方程组里，我们稍微做一些数学推导就可以得到电磁波的波动方程。

奇怪的是，电磁波的传播速度是光速——这可以从电磁波的方程里看出来。

那么，问题又来了，如果我们换一个惯性参考系，电磁波的方程的形式居然是不变的，而且电磁波传播的速度还是光速，那么问题来了，电磁波的传播速度为什么不跟着惯性参考系的变换而变换？而一直保持光速？爱因斯坦一狠心，就假设光速在任何惯性参考系中不变。

这样的话，这个问题就不需要再去解释了。

有了以上两个理由，分别从实验与理论的高度要求爱因斯坦提出光速不变原理。

也正因为有了这个原理，再加上相对性原理，爱因斯坦最后得到了他的成名之作——狭义相对论。

如何证明光速不变原理的方法1.引言1.1 概述光速不变原理是狭义相对论的基本假设之一，它指出无论观察者的运动状态如何，光在真空中的速度均为一个恒定值，即光速。

这一原理的提出，由爱因斯坦引领了相对论的革命性进展，对于我们理解时空的本质和物质运动的规律具有重要意义。

本文旨在通过实验方法和理论推导两个方面，深入探究如何证明光速不变原理。

在实验方法部分，我们将主要介绍迈克尔逊-莫雷实验和玻尔兹曼因子实验两种经典的实验方法。

迈克尔逊-莫雷实验通过比较两束垂直传播的光束在不同方向上的传播时间，进而验证光速不变原理。

而玻尔兹曼因子实验则基于光子的能量和频率之间的关系，通过测量光的频率和能量的变化，来论证光速不变的存在。

在理论推导部分，我们将从狭义相对论的基本原理入手，探讨了相对论中时间和空间的相对性以及洛伦兹变换等重要概念。

然后，我们将详细推导出光速不变原理的推论，通过数学推导和逻辑推理论证光速在不同参考系中均保持不变。

最后，在结论部分，我们将对实验结果进行仔细分析，并总结论证光速不变原理的有效性。

同时，我们也将回顾整篇文章的主要观点和论证过程，并对今后的研究方向提出一些建议。

通过本文的阅读，读者可以清晰地了解到光速不变原理的重要性以及相关证明方法。

同时，我们也希望本文能够引发更多有关光速不变原理的探讨和研究，为科学的发展做出一份贡献。

1.2 文章结构本文将围绕着证明光速不变原理展开论述，并分为引言、正文和结论三个部分。

在引言中，我们将对光速不变原理进行简要的概述，介绍文章的结构和目的。

接着，我们将进入正文部分。

正文部分分为实验方法和理论推导两个主要部分。

在实验方法部分，我们将介绍两种常用的实验方法来证明光速不变原理，分别是迈克尔逊-莫雷实验和玻尔兹曼因子实验。

通过介绍这两种实验方法，我们将展示它们背后的原理和操作过程，以及它们如何提供支持并证明光速不变原理。

随后，我们将在理论推导部分详细探讨狭义相对论的基本原理，包括时间相对性、长度收缩效应和相对论动力学方程。

相对论基础光速不变性与相对性原理相对论是现代物理学中的重要理论之一，它对于描述高速运动物体的行为具有重要意义。

在相对论中，有两个基本概念是光速不变性和相对性原理，它们为相对论的建立提供了理论基础。

本文将对相对论的基础概念进行详细阐述。

一、光速不变性在相对论中，光速不变性是指光在真空中的传播速度在任何参考系中都是恒定的，即光在真空中的速度是一个普适常数，通常用符号c表示。

这一概念最早由爱因斯坦在其狭义相对论中提出，被后来的实验证明。

光速不变性的意义在于，无论光源是处于静止状态还是以任何速度运动，光速都不会发生改变。

这与牛顿力学中的加速度理论完全不同，因为牛顿力学中认为物体的速度可以通过施加加速度而改变。

而在相对论中，光速的不变性意味着存在着一个时空背景，即光的传播速度定义了一个最高限速。

相对论的光速不变性是许多重要推论的基础，例如时间和空间的相对性，质量和能量的等效性等。

光速不变性还导致了著名的“双生子悖论”，即当一个人以接近光速的速度旅行一段时间后与地球上的另一个人相遇，他们的年龄会有明显的差异。

二、相对性原理相对性原理是相对论的另一个基础概念，它有两个核心内容：相对性原理一和相对性原理二。

相对性原理一，也称为伽利略相对性原理，指出所有的物理定律都具有相同的形式，不受惯性参考系的影响。

也就是说，在不受外力的作用下匀速运动的参考系之间，物体的运动是完全等效的，无法通过实验来区分。

相对性原理二，也称为洛伦兹相对性原理，基于光速不变性的基础上，指出自然界的物理定律在所有惯性参考系中都具有相同的形式。

无论参考系如何相对于光源运动，光速都保持不变。

相对性原理的意义在于它打破了牛顿力学中的绝对时空观念，引入了一种全新的物理观念。

相对性原理使得人们意识到物理规律的普遍性和相对性，不再像牛顿力学那样将空间和时间视为绝对不变的背景。

相对性原理的提出促进了现代物理学的发展，推动了对时空结构的重新理解。

它为相对论的建立奠定了基础，并在实验验证中得到了充分的支持。

导读：该如何理解光速不变原理？首先说一下什么光速不变原理，它并不是指光在真空中的速度是30万公里每秒，而是指光在任何参照系下的速度都是光速本身，光速是绝对的，不需要参照物，比如说你拿着手电筒以5米/秒的速度奔跑，静止的我看到手电筒发出的光的速度仍旧是光速，而不是光速+5米/秒！再回到问题中来！准确地说，光速不变原理不是被发现的，是爱因斯坦做出的一个假设，然后在现实中被验证的！我们都知道，爱因斯坦相对论之前，牛顿的绝对时空观统治着物理学界，这种时空观人为，万事万物的速度都是相对的，都需要有参照物，光的速度也不例外。

内容正文：我们都知道真空，真空是不可能完全的空。

已经被很多实验所验证。

就是我们常说的真空不空。

而且我也相信宇宙中任何真空，都不是纯粹空的。

可是真空的环境条件能有变化，那么在这个时候光速会有变化吗？也就是说真空环境条件的改进，会带来光速的测量变化吗？比如在未来人类能达到更紧密的真空条件下，光速达到299792458.0001米/秒。

那么这时候爱氏的理论成立吗？答案是成立的！因为什么？因为这是实验条件改善所带来的进步。

哪怕速度增加0.1米，爱氏理论也是成立的！但是光速必须是不变的。

那超距作用下爱氏理论成立吗？肯定不成立，牛顿时空就是超距的。

那么超光速下，爱氏理论成立吗？肯定是不成立的。

但要理解光速是多少？我们现在测的光速就是百分百没有问题的吗？绝对不会有变化吗？比如在宇宙其他特定环境下测的也是这样?如果百分百没有问题，那么超光速下爱氏理论必然崩塌。

所以不要一看到那个新闻说光速被超越了，就说爱氏理论是错误的。

这样有点人云亦云了。

要记住爱氏理论光速的两个点：1、光速是速度的上限，超距作用是不存在的。

2、光速是不变的。

保持这两点不变，爱氏理论就是经得住考验的。

因为爱氏理论方程中的光速都是C。

但C是多少是我们现在测量出来的。

也就是我们自己要考验自己，至于量子纠缠中所说的超光速，在我看来是一种假象。

我在《变化》第二十七章论：《量子纠缠超距作用描述是假象》有论述。

光速不变原理及其对相对论理论的启示意义相对论理论是现代物理学中的基石之一，它的诞生极大地推动了物理学的发展和人类对宇宙本质的认知。

光速不变原理是相对论理论的核心假设，它指出光在真空中的速度是恒定不变的。

本文将探讨光速不变原理的概念及其对相对论理论的启示意义。

首先，我们来了解相对论理论中的光速不变原理。

这一原理来源于麦克斯韦方程组，它描述了电磁波在真空中的传播行为。

根据麦克斯韦方程组，能量传递的速度就是光的速度。

而相对论理论则认为，无论观察者是静止的还是运动的，都会测得光的速度是恒定的，即相对于任何参考系，光的速度都是不变的。

光速不变原理对相对论理论的启示意义深远。

首先，它推翻了经典物理学中关于时间和空间的观念。

在相对论理论中，时间和空间是相互关联且相对的，取决于观察者的运动状态。

光速不变原理暗示着相对论中的时间膨胀和空间收缩现象。

根据光速不变原理，当观察者与光源之间的相对速度增加时，时间会变慢，长度会缩短。

这种非常规的时间和空间观念改变了我们以往关于时空的常规认知。

其次，光速不变原理还揭示了能量和质量之间的等价关系。

根据爱因斯坦的质能关系，质量和能量之间存在着等价关系，这是相对论理论的一个重要发现。

根据光速不变原理，质量无法以光速或超过光速进行运动，因此，当质量以接近光速的速度运动时，它的动能和质量会增加。

这进一步支持了相对论理论中的质量能量等价原理。

光速不变原理还对相对论理论的互相性做出了重要的启示。

相对论理论认为，物理规律在所有惯性参考系中都具有相同的形式。

光速不变原理强调了光的速度在任何参考系中都保持不变，因此，相对论理论具有了广泛的适用性和普适性。

它告诉我们，物理规律应该是独立于观察者的运动状态的，这为我们理解宇宙的本质提供了重要的思路和方法。

另外，光速不变原理还对现代物理学中的粒子物理学和量子力学产生了重要影响。

量子力学中的粒子行为常常涉及高速运动和光速接近的情况。

光速不变原理的存在限制了粒子以超过光速的速度运动，从而为粒子物理学的研究提供了约束和限定。

相对论的基本概念光速不变性与时间膨胀相对论是物理学的重要理论之一，它的提出与描述了物理学中的一些基本概念和现象，其中包括光速不变性和时间膨胀。

本文将重点探讨相对论的基本概念、光速不变性以及时间膨胀的原理和实验验证。

一、相对论的基本概念相对论是由爱因斯坦在20世纪初提出的。

相对论的基本概念是相对性原理和光速不变性原理。

其中，相对性原理指出物理现象的描述和解释应该与所选择的参考系无关，即不同的观察者在不同的参考系下所得到的物理现象应保持一致。

而光速不变性原理则表明光在真空中的传播速度是恒定不变的，与光源和观察者的运动状态无关。

二、光速不变性的原理光速不变性是相对论的重要观念之一，它指出光在真空中的传播速度是恒定不变的，即便是在不同的惯性参考系下，光速也始终保持不变。

这一观念的提出打破了牛顿力学中时间和空间的绝对性，引发了人们对时间与空间本质的重新思考。

光速不变性的原理可以通过实验进行验证。

经典的迈克尔逊-莫雷实验是最早用来测量光速的实验之一。

实验利用了干涉现象，通过比较光束沿不同方向的传播时间来确定光速。

实验结果表明，光在不同方向上的传播速度并没有任何差异，验证了光速不变性的原理。

三、时间膨胀的原理相对论中的时间膨胀是指由于物体的运动状态不同，其所经历的时间流逝速度也不同。

具体来说，当一个物体相对于观察者静止时，观察者所感知到的时间与物体本身经历的时间是相等的；而当物体相对于观察者以接近光速的速度运动时，观察者所感知到的时间则会变慢，即时间会膨胀。

时间膨胀的原理可以通过实验证明。

实验中通常会用高速粒子加速器来模拟高速运动的物体。

实验结果表明，高速粒子所经历的时间比静止的物体所经历的时间要慢。

这一发现与相对论的预言相吻合，进一步验证了时间膨胀的存在。

四、光速不变性与时间膨胀的关系相对论中的光速不变性和时间膨胀在一定程度上是相互补充的。

光速不变性要求光在不同参考系下传播的速度保持不变，而时间膨胀则指出观察者所感知到的时间也会随运动状态的变化而发生变化。