光速不变原理是怎么被发现的？
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。
但爱因斯坦仔细研究了麦克斯韦方程组发现一个问题，方程组中光速是一个常数，也就是没有参照物。在绝对时空观思维的支配下，于是物理学家们开始寻找光速的参照物，以太应运而生。
但之后物理学家们发现以太的存在会导致越来越多的问题和矛盾。爱因斯坦天才的大脑开始发挥作用，他就想，为什么以太一定要存在呢？以太本来就是假设的，如果以太不存在，光速不需要参照物，一切问题不就解决了吗？
按照奥卡姆剃刀原理，爱因斯坦认为我们没必要刻意让科学走向复杂，假设光速不变，一切就变得如此简单。而麦克斯韦方程组中的光速也恰恰是一个常数！
于是，光速不变原理应运而生，它就是一个假设。这个假设得到了验证，比如说迈克尔逊莫雷的实验！
而爱因斯坦的狭义相对论就是建立在光速不变原理基础上才出现的！光速不变的实质是时间和空间的相对性，牛顿的绝对时空观也因此土崩瓦解！
光速不变原理其实是狭义相对论的两条基本假设，另外一条是相对性原理。爱因斯坦就是利用这两条基本假设推导出了整个狭义相对论。其实这种方式是很复古的，数学中，欧几里得几何学就是利用5条基本假设，推导出了整个平面几何学，爱因斯坦与此是如出一辙的。
那什么是光速不变原理呢？具体的定义是这样的：
简单翻译一下就是，无论你在什么位置什么状态下看到光的速度都是一样的，也就我们常说的光速，他不会随着参考系的不同的而不同。
我们可以举个例子来具体感受一下，如果有个人在车上以5m/s的速度运动，他的运动方向与车的运动方向是一致的，而车速是10m/s。请问，如果有个地面观测者，他看到人的速度是多少？
其实很多人都可以一下子脱口而出，10+5=15m/s。那我们现在这样，如果这个人手里还拿着一个手电筒，并且向前照射，那请问车上的人，地面上的参考者来说，他们看到的光的速度是多少？
按照上文的方式，实际上的结果就会是，车上的人看到的是光速c；而地面参考者看到的速度就是光速+车速+人运动的速度，也就是（c+15）m/s。
可光速不变原理告诉我们，无论是地面参考者还是车上的人，甚至上天上还有一种鸟在匀速地飞，他们看到的这光的速度都是c。
那么问题来了，为什么会这样的呢？这明明很不符合我们的直觉。
实际上，这事还要从伽利略说起，我们刚才提到的相对性原理，本质上就是伽利略提出来的伽利略变换。那你可能要问了，啥是伽利略变换？
我们可以简单粗暴地理解成刚才上文用到10+5=15m/s来理解，也就是，判断物体是否运动，其实要先选取参照系。
后来，牛顿在提出他的力学理论时，就引用了伽利略变换。（不过，牛顿的观点是和伽利略稍微有点出入的，这里就不细说了。）而牛顿力学在宏观低速下是和现实情况十分拟合的，大多数的人都在使用牛顿的理论来解决日常的运动学和力学的问题。
牛顿的这套理论其实是真的很准，深受广大学者和人民群众的喜好，甚至还可以拿来预言天体的存在，比如：海王星就是科学家利用牛顿理论仅仅依靠笔和纸就算出来的。
可好景不长，麦克斯韦提出了电磁学理论，用麦克斯韦方程统一了“电”和“磁”，同时预言了电磁波的存在。
麦克斯韦这套理论其实和牛顿理论在物理学史上的地位是有一拼的，麦克斯韦方程可以描述所有关于“电”和“磁”的现象，与牛顿理论一样，这套理论也被广泛接受。照理说，原本这是没啥问题的，可偏偏两者出现了矛盾。这个矛盾源自于，麦克斯韦方程可以推导出 光速c=1/ε0μ0 。这里的ε0是真空介电常数，而μ是真空磁导率，这两个都是常数，也就是说光速c也是个常数。可这不对啊，因为在牛顿理论中，一个物体的速度到底多少要取决于所选取的参考系，于是两者就出现了矛盾。
所以，从麦克斯韦之后，物理学界就陷入了调和两大理论矛盾的困境之中，这当中有许许多多的人花了大把的时间试图搞清楚其中的原因。当时比较主流的认同是，存在一种叫做“以太”的东西，它是光传播的介质。（在地上，光是一种波是主流观点。波粒二象性还没有被提出来。）这其实就和水波传播需要水作为介质是一回事，假设出来的“以太”就是光的“水”。
但科学家光假设是没办法推动理论发展的，到底对不对还要靠实验和观测。于是，又有大把的实验物理学家想通过实验找到“以太”存在的证据。结果，他们全都失败了。（其中比较有名的就是迈克尔斯莫雷实验。）
当“以太”不存在已经成为了定局时，科学家又开始思考其他的路径，其中比较有名的就是洛伦兹和庞加莱。他们都曾无限接近于提出狭义相对论，但都失败了。
而爱因斯坦直接抛弃掉了传统的束缚，果断提出了“光速不变原理”，并结合伽利略变换推导出了狭义相对论。可能你要问了，为什么是爱因斯坦提出了光速不变原理，关于这个问题，我觉得杨振宁就说得很有道理，他曾在自己的一篇名为《机遇与眼光》的文章中写到
这个话题只有一个用处，就是让我们再次重温爱因斯坦的伟大，仅此而已。
1905年，爱因斯坦在瑞士专利局担任3级审查员，在那个小房子的窗口下，他一口气于这一年中，完成和发表了5篇论文，其中三篇完全配得上诺奖，当然还包含现代科学之柱之一的狭义相对论和那个文盲都识得E=mc2。
根据他传记作者CP.斯诺记载：爱因斯坦“全凭思索，独自一人，没有听取别人的意见就得出了结论。在很大程度上，情况就是这样。”
这个简单的假设以及其简单的推论E=mc2；解释了恒星为什么可以燃烧几十亿年而又不把燃料用尽。一下子使得地质学家和天文学家的视界开阔了几十亿年。一下子解决了宇宙性质的核心部分。
同时，该理论也解决了光以太的问题，说明它并不存在，牛顿的绝对静止的经典宇宙统治时间结束了，现代科学进入到爱因斯坦相对论统治宇宙的时间。
相对论中的光速不变，实际内容就是空间和时间不是绝对的，一切都可以为了光速不变而让步以及做出改变。我们本能的把时间看做永恒的，绝对的，不可改变的。相信什么也改变不了它的步伐。但爱因斯坦认为，时间是可以改变的，不断变化的。时间甚至还有形状，一份时间和三份空间结合在一起。不可思议的形成一份“时空”。
我还是用CP.斯诺的话来结尾吧：狭义相对论是一项深刻而重要的成就，但是爱因斯坦没有想到，别人也会想到，很可能在5年之内，这是一件在等着发生的事情。但是，广义相对论完全是另外一回事，没有爱因斯坦，我们今天有可能还在等待那个理论！
感谢爱因斯坦，一牛二爱三麦，绝对实至名归！
我是猫先生，感谢阅读。
光速不变的原理因为光是电磁波。凡是波在同一介质中传播速度都是不变的。电磁波，声波，引力波，磁波，电波，水波都是如此。为什么呢？这是波的特性。笫一个波形成后就脱离了波源，独立于波源，不管波源如何运动都改变不了己经发出去的波。波的传播速度由介质决定。波源的运动只改变开始波生成的频率，完整一个波后离开波源，波源就就设有办法改变波的频率了，这就是多普勒效应的本质原理。我们在远处看见闪电，很久才听到雷声，其实是同时发生的，因为声波传播速度比光的传播速度慢许多。当我们听到雷声时，闪电的地方雷声已经消失了。回声，也说明了，波一旦离开波源就独立存在了。速度只与传播介质有关。我不明白光速不变会得出相对论。声速性质也一样，得出什么论？
光速不变原理是相对论的基石，相对论就是建立在这个假设之上。如果哪一天发现光速是可以改变的，那么整个相对论就会直接崩塌！
很多人都说光速不变是麦克斯韦方程组解出来的结果，按照麦克斯韦方程组的解，电磁波的速度只和真空介电常数和真空磁导率有关。即c=1/ε0μ0，计算出来就是30万千米/秒。然而，当初人们并不知道光就是电磁波，麦克斯韦方程组只是描述电和磁的方程，解出来的只是电磁波的速度。
那个时候，科学界还是牛顿经典力学的天下。人们还不清楚光也具有粒子性，在传统观念中，光应该像机械波一样依靠介质传递，而这个介质被科学家以“以太”命名。所以，测量光速找出以太存在的证据，成为了当时科学家们努力的方向。测量光速最为著名也是被广泛接受的一个实验就是 迈克尔逊－莫雷实验。 众多科学家本以为这次实验会把光速测出来，同时证明以太存在。然而实验结果令人大跌眼镜，从不同角度测量的光速值本该不同，但结果却显示光速值没有任何改变！这个结果使得科学家手忙脚乱，认为一定是哪里出了问题，但却又找不出问题所在。之后，来到了1893年，科学家洛奇又一次做了一个测量光速的实验，然而实验结果仍然证明光速在不同的参考系中不会改变。
再多次证明光速不变后，很多科学家都是忙着找实验哪里出了问题，还是假设的以太存在瑕疵。然而爱因斯坦这时候则依靠敏锐的洞察力直接跳出了传统思想，直至核心，振臂高呼： 光速是不变的，在任何参考系中测量真空光速，其值都一样。
而测量出来的光速，刚好和电磁波的速度一模一样。于是，人们意识到原来光也是一种电磁波！自此，光的波动学说占据主流。而后来，爱因斯坦又提出光量子学说，暗示了光具有波粒二象性。这个就是后话了。
光速不变原理是怎么被发现的？
在大家的印象中光速不变的原理是随着爱因斯坦1905年狭义相对论发表时，同时提出的两条基本假设：
狭义相对性原理：一切物理定律在所有惯性系中均有效
光速不变原理：光在真空中的速度c是一个常数，与光源的运动状态无关。
前者说的是一切物理定律（除引力外）在洛仑兹变换下保持形式不变，不同的时间内进行的实验得出的物理定律是一致的。
后者字面意思理解起来就更简单：即无论你怎么折腾，光速始终是一个常数，即：299792458米/秒。
只要是一束光，那么不管它相对于什么惯性参考系，它的传播速度都是一样的。在爱因斯坦的相关理论中，“光速不变”可以说是我们最难接受的一个概念了，但就这个与常识相悖的理论，却偏偏成为了现代物理学的公理。
那么这条公理到底是怎么来的呢？这事要从大名鼎鼎的英国物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell）的电磁学基础方程组讲起，这组方程不光统一了电磁领域，而且还计算出了电磁波在真空中的传播速度与光速一致，从而预言了光也是电磁波，这个预言随后被实验物理学家所证实。
于是一个问题就摆在科学家们的面前，那就是所谓的速度都是相对某个参考系的，那光在真空中的速度又是以什么为参考系呢？对于这个问题，当时的主流理论认为宇宙中存在着一个无处不在的、绝对静止的参考系-“以太”。
在当时的科学界，对“地球围绕太阳公转”这个说法早已认同。显而易见的，地球相对于“以太”是有一个速度的，如果真空中的光速是相对于“以太”这个参考系的，那么根据速度叠加原理，从地球上发射出去的不同方向的光，它们的速度必定不会是相同的。
为了验证这个理论，美国物理学家阿尔伯特.迈克尔逊（Albert Abrahan Michelson）和爱德华.莫雷（Edward Morley）于1887年利用迈克尔逊干涉仪做了一个著名的实验，即迈克尔逊-莫雷实验。这次实验的结果是，光速在不同惯性参考系以及不同的方向都是不变的。
这个实验结果在当时可谓是石破天惊，因为它似乎撼动了当时整个物理学的根基，于是科学家纷纷进行了相似的实验，实验的精度也大幅的提升，然而这众多实验的结果都是惊人的一致！顺便提一下，阿尔伯特.迈克尔逊也因此成为了美国 历史 上第一个获得诺贝尔物理学奖的人。
科学家们不得不面对这一事实，即经典运动学是对的，麦克斯韦方程组也是对的，但为什么把它们放在一起就不对了呢？于是他们提出了各种理论来试图解释这个现象，但这些理论都不能做到完美的程度。
这个时候爱因斯坦大胆地指出，既然事实就是这样的，那么在宇宙中“以太”就不应该存在，而“光速不变”就应该做为一条物理学中的定律。
在此基础上，爱因斯坦提出了著名的“狭义相对论”，假设光速对于任何惯性参考系都是不变的。为了支持“光速不变”，时间和空间就不应该是绝对的了，这就是“钟慢尺缩效应”。
当一个物体在低速运动的情况下，因为时间和空间的变化程度极其细微，所以经典运动学可以给出近似的解释，而当这个物体的速度越接近光速，时间和空间就改变得越明显，这个时候就只能用相对论来解释了。
爱因斯坦就这样把这个问题解决了，我们也可以看出，“光速不变”这条定律，是爱因斯坦基于观测到的自然现象提出的一个合理的假设，通俗地讲， 就是猜的 ……如果有一天，你发现了真空中的光速其实是可变的，那么整个世界将因你而改变！
光速不变的原理是怎样被发现的！哈哈
广州市元奥仪器
2024-10-17 广告
光速不变原理是相对论中的一个假设，是在无法解释迈克尔逊-莫雷实验才提出的。但它是一个毫无依据，且违背常识的错误理论。下面就探讨一下其错误原因。
确定速度的大小必须有明确的参照物才有意义。而光速不变原理却说，光相对于所有的参照物传播速度都一样。所谓的相对于所有参照物，其实质就是没有明确的参照物，没有明确的参照物则速度就无从谈起。
那么应该如何确定光相对于一参照物的运行速度呢？光是波的一种，因此用波动理论诠释光速最合理，也最可靠。也就是说，光速问题实际就是波速问题，可以使用波速的确定方法确定光速。下面我们不妨就先研讨一下波速的确定方法。
波速确定方法与实物粒子运行速度的确定方法有所不同，波具有以下两大传播规律：
(1).波在传播介质中的传播速度是由传播介质的性质决定的，波在性质稳定的传播介质中的传播速度是固定的。
(2). 波源在传播介质中的移动不会影响波在传播介质中的传播速度。在确定波速时，波源在传播介质中的移动速度并不能参与波速的合成。既然是这样，波的传播介质就是波速的第一参照物。
根据波的以上两大传播规律，可归纳出以下的波速确定方法：
(1).首先确定波在传播介质中的传播速度。
(2).再确定波的传播介质相对于参照物的移动速度。
(3).然后把两个速度合成，就是波相对于该参照物的传播速度。
(4).波传播过程中，若波到达区域的传播介质性质出现了改变，则波的传播速度也会跟着改变。
总结：波速是由传播介质的性质与传播介质相对于参照物的运动状态两大因素决定的。
传播介质是波速的第一参照物，要想知道波相对于其它参照物的运行速度，就必须首先知道波的传播介质是什么。因此，确定光的传播介质是解决光速问题的关键。今天，光相对于各参照物的传播速度无法确定的问题，正是光不需要传播介质这个错误理论造成的。也正是在这种无法确定光速的情况下，才出现了不切实际的光速不变的假设。
波的形成与传播需要两个基本条件：波源和介质。波源是产生振动的物体，而介质则是振动能量传播所需的物质，这两个条件缺一不可。没有波源就无法产生振动，而没有介质则无法传播振动。而介质的震动只是在一平衡点进行，介质并不会随波的传播而移动。因此，必须有连续的传播介质波才可以传播下去。光波的传播也应如此，否则它就不属于波，也不会表现出各种各样的波的特性。那么又该如何确定光的传播介质是何种物质呢？其实方法很简单，既然波是靠介质的有序震动进行传播的，根据波的这个传播特点，就可归纳出确定波传播介质的方法，即：波传播时，在传播地点做有序震动的物质，就是波的传播介质。那么光传播时，是那种物质在做有序振动呢？是电磁场。因为光传播时，光波中电磁场的强度，进行着周期性的大小变换。电磁场强度的这种大小变换，实际就是电磁场在振动，变换中的电磁场的最大强度，正是电磁波的振幅。所以说，电磁场就是电磁波的传播介质。由于磁场是电场的另一种表现形式，也可认为：光的传播介质是电场。
人们之所以会认为光传播无需传播介质，是因为宇宙中一些星球发出的光可以穿过浩瀚的太空到达地球，人们一直认为浩瀚的太空是真空的，光既然可以在浩瀚的太空中传播，于是便有人认为光传播不需要传播介质。电场是由组成物质的带电粒子发出，并可以向远处无限的延伸。由于宇宙中存在有数以万亿计的星球，这些星球大都是由带电粒子组成，所以它们会在太空中形成各自的电场，这些电场才是光可以在浩瀚太空中传播的原因。
使用光的传播介质电场，还可以很容易的解释迈克尔逊-莫雷实验。迈克尔逊-莫雷实验测得，在地球附近空间中，光在各处及各个方向上的传播速度是相同的。为什么会有这样的结果呢？有以下两个方面的原因：
(1).由于其它星球距离地球太遥远，它们在地球附近形成的电场与地球自身形成的电场相比可以忽略，地球附近空间中的电场主要由地球自身形成。因此，地球附近空间中的电场与地球是成为一体的，没有相对运动。
(2).传播介质的性质决定着波在该传播介质中的传播速度。在地球附近空间这个特定区域里，电场的性质处处都基本相同，因此在这里测得的光速也都基本相同，为每秒约30万公里。
正是基于以上两点，才造成在地球附近空间中测量到的光速，在各处及各个方向上都基本相同。
基于上面的两点还可以明白：来自太阳或其它星球的光，它们在太空中传播时，不管其相对于地球的传播速度是多少，当它们到达地球附近后，其相对于地球的传播速度都会变的相同，为每秒约30万公里。正是各星球照射到地球上的光速相同，造成一些人认为光相对于各星球的传播速度都一样，便得出了不切实际的光速不变理论。在科学研究中，不能根据事物的表面现象下结论，要学会透过现象看本质。太空中的光相对于地球的传播速度并非是恒定不变的，因为太空中的电场，是由宇宙中数以万亿计的运动着的星球共同形成，当空间位置改变时，电场的强度与运动状态可能也会改变。电场的强弱变化以及电场的运动，都会影响光的传播速度，所以光在太空中并不会一直以恒定的速度传播。测量得到的每秒30万公里的光速，实际上是在地球附近空间这个特定区域中的光速。
有了电场作为光速的第一参照物，还可以很容易的确定光在地球附近空间中传播时，其相对于各类参照物的传播速度。下面就通过一事例来诠释一下此类情况。
在地球附近的空间中，光的传播介质电场与地球没有相对运动，也即是，在这个区域里光的传播介质相对于地面是静止的。
假设光在地球附近空间中的传播速度是C。则一个停在轨道上的火车，其前车灯发出的光，相对于轨道的传播速度就是C。由于火车没有运动，则火车相对于光的传播介质的运行速度是0，所以此时该光相对于火车的传播速度也是C。若该火车以速度V向前行驶，请问火车此时前车灯发出的光，相对于轨道与火车的传播速度又各是多少呢？
由于光源的移动不会影响光在传播介质中的传播速度，则行驶的火车前车灯发出的光，相对于轨道的传播速度仍是C，而不是C+V。
这里要明白，波速的确定方法与实体物质运行速度的确定方法有所不同。在运行的火车上，若有人在车厢内沿火车运动方向向前行走，则该人相对于轨道的移动速度就是车速与人行走速度之和。但波速的确定方法却不同，波速是由传播介质的性质与传播介质的运动状态两者决定，与波源的运动状态无关，所以不能简单相加，需按照前面归纳的波速确定方法计算。
由于行驶的火车相对于光的传播介质的运行速度不再是0，而是V，且火车行驶方向与光传播方向一致，则此时该光相对于火车的传播速度不再是C，而变为C-V。这里要注意，光虽说是由火车发出的，但其相对于移动的火车的传播速度并不是C。
火车行驶时，其前车灯发出的光，相对于轨道与火车的传播速度不再相同，由此说明光速不变原理是错误的。
大道至简，光速的确定方法与其它波并没有什么不同。光不能在无传播介质的空间中传播，也不存在光速不变原理。
