光速不变：爱因斯坦的光推论

爱因斯坦引入相对论后，意识到牛顿和麦克斯韦中只有一个是正确的，他决定站在麦克斯韦一边，开始向有200年历史的牛顿物理学发起挑战。

1904年，爱因斯坦写道：“麦克斯韦的主要成就便是提出了有关时空定理的方程组。这些微分方程证明电磁场以偏振波的形式传播，传播速度与光速相同。很难想象麦克斯韦得出这些结论时的感受，世上再没有人会有这番体验。这一发现是物理学上一大超前的跨越，麦克斯韦的同辈也只能囫囵吞枣般接受这些概念，后来的物理学家甚至花费数十年才将其完全吃透。”

爱因斯坦问道：光的运动形式与其他事物一样吗？光速也取决于观察者的运动状态吗？由此，爱因斯坦得出了第二个推论，即光的推论：光速恒定。其他事物也许是相对的，但光速是绝对的。在此基础上，爱因斯坦创立相对论。

爱因斯坦说，光以恒定速度传播，与物体发出光的速度没有关系。牛顿力学认为速度应该取和，比如跑得快的投手，投出的球运动速度就快，因为球的运动速度等于投手的跑动速度加上掷球速度。但是，一架快速移动的飞机上发出的光与其下静止不动的山峰发出的光，速度一样。

这与迈克尔逊与莫雷的发现一致，当时无论他们怎么测量，光速总是不变的。奇怪的是，爱因斯坦并未提及迈克尔逊和莫雷。他甚至说，即便到了1905年，自己也从未听说过他们的实验，不过后来他又亲自推翻了这个说法。1931年1月15日，爱因斯坦在参加加州理工学院晚宴时，第一次公开提及迈克尔逊，这也是最后一次，因为数月后，迈克尔逊便去世了。爱因斯坦当时说：“在这么多年的研究工作中，我遇到了很多真正的战友。尊敬的迈克尔逊博士，在我还是个身高不足3英尺的小孩时，您便开始了这类研究。是您引领无数的物理学家走上新的研究道路，是您宝贵的实验为相对论的研究铺平了道路。”

爱因斯坦手稿

光速的界定

1983年，国际度量衡大会正式将光速定为：

c=299792458米/秒。(www.xing528.com)

科学家们将“c”定为光速的符号，来源于拉丁语的“celeritas”，意为“迅速”。

同时，一米被界定为光在299792458分之一秒内传播的距离。

爱因斯坦狭义相对论的核心是宇宙中光速最快。但为什么光在真空中的传播速度是300000千米每秒？为什么不是更快或者更慢？

简单来说，这是我们在解开麦克斯韦方程组时得到的答案。根据这个方程组，电磁波的速度是一个常量，由波传播空间的真空属性确定。它和其他速度不同，不存在相对性。宇宙的属性和电磁场的运动决定光速肯定是恒定的。

麦克斯韦方程组确定了光速，且在所有惯性系中均成立。两个相对运动的观察者，分别测量相对于对方运动的光束的速度，测量结果相同，即便一方与光束运动方向相同，一方与之相反。相对论的其他内容都基于这一简单的事实。恒定的光速带来很多看似矛盾的悖论，颠覆了我们对时空的认知，下面我们会讨论到。

慢光

“光速”通常指光在真空中的传播速度。光的传播速度不一定都这么快，它在穿过如空气、水和玻璃这样的透明介质时，速度会变慢。光在水中的传播速度是其在真空中速度的七十五分之一，大概在225000千米/秒，虽然存在差异，但我们几乎无法察觉。1850年，让·傅科发现了折光率，即光速放缓的比率。