Question

光速的不变与可变

Answer 1

从麦克斯韦方程组计算和诸多宇宙观测得出光速不变。爱因斯坦从迈克尔逊莫雷实验虽然推导出光速不变，但是却时间和距离变了。如果时间和距离不变的话，那么光速就变化了。到底光速变了没有?

如果在同一个静止环境中，光速不变，如果环境变化了，那么，光速就也变化了。我们再详细的论证一下。

就拿迈克尔逊莫雷实验举例。光子顺着地球自转方向传播的时候，由于地球引力场（电磁场）的作用，它拖拽了光子，使的光子的速度等于c+v，但由于反射镜子同时以速度v远离，因此光子相当于反射镜子的速度就是c。这个可以从现实的例子证明。比如光子的玻璃中速度2/3c，如果玻璃同时以速度v同向光子运动，那么玻璃中光速就是2/3c+v。当光子反射回来时，也就是和地球自转方向相反运动时，由于地球引力场（电磁场）的拖拽作用，光子速度为c-v。但由于半透镜相对的移动速度，因此光子相对于半透镜的速度是c。因此，不管我们如何旋转实验的器具，干涉条纹就是不变。那么爱因斯坦说的时间变化是什么呢？

爱因斯坦说时间变了，实际上是原子钟变了。为什么原子钟的变化正好可以修正光速的变化，使的光速一直是c呢？主要是原子钟的原理也是电磁转换，因此速度的变化和引力场的变化影响了原子钟的转换周期，使的原子钟变化了。如果使用其他原理的钟表，爱因斯坦的相对论将产生矛盾。比如换成机械钟表。引力场的加大，使的钟摆摆动速度加快，相应时间速度加快，但与相对论公式却计算的时间变慢是矛盾的。

因此爱因斯坦相对论说的时间和空间变化了，是不存在的。

最后，总结一下光速变化规律。当光子在真空中，各种因素影响较小时，光速就是299792458米/秒，当在电磁场中运动时，它就会降慢速度，但同时被电磁场拖拽，同时叠加电磁场的运动速度。

Answer 2

光速是否改变与传播介质有关。不妨看一下下面的论述。
光是波的一种，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。

有了光速第一参照物的传播介质电场，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。