Question

深层分析：我们都知道“速度是相对的”，但光速为何是绝对的呢？

Answer 1

光速是绝对的说法是错误的，光速和其它速度一样，也是相对的，必须有参照物。光速不变的说法是错误的，下面就探讨其错误的原因。
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？光是电磁波，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。

Answer 2

日常生活中，我们时刻能感受到速度，也正是因为在我们身边速度的概念太常见了，所以我们都习以为常了，所以不太容易去思考有关速度的一些更深层的东西。

从古代 社会 ，人们就开始认识并定义速度。比如说在古希腊，人们对速度的定义可谓简单粗暴，认为只要物体不受力，一定处于静止状态，而且是绝对意义上的静止。同时，任何运动的物体都有速度，这个速度是绝对的，在任何人眼里都是一样的。

举个例子，你面前停着一辆 汽车 ，在你眼里它就是静止的，在其他人眼里也是静止的。除非 汽车 受到外力作用，否则会一直保持静止。如果 汽车 受到外力获得一定的速度，比如说每秒20米的速度，那么在任何人眼里 汽车 的速度都是20米每秒。

这种对速度的理解方式在我们现代人眼里显得有些可笑，但我们不能嘲笑古人对速度的认知，毕竟任何时代都有很难突破的局限性。古人对速度的错误理解主要是忽略了一点，那就是：参照系！

没有参照系，速度将因此失去意义。

比如说，甲静止在地面上不动，乙和丙在一辆高速行驶的 汽车 上。在甲眼里，乙和丙的速度很快，但在乙眼里，丙是静止不动的。

所以，丙到底是静止的还是在高速运动？或者说丙的速度到底是多少？

这个问题也再次强调了参照系的重要性，没有参照系，速度将没有物理意义。

在如今的我们看来，给速度定义合适的“参照系”是理所当然的事情，但在几百年前的古人眼里，能够提出“参照系”的概念是非常不容易的。而“参照系”概念的提出，使得人们对速度本质的理解有了更深刻的认知。人们开始明白，世间一切速度都是相对的，没有绝对的速度，这也被称之为“相对性原理”。

看到这里，或许你会不屑于顾：如此简单的物理现象，干嘛说得这么神秘呢？

简单的物理现象背后，往往隐藏着更深层的规律。而光的出现，让人们开始从简单的相对速度思考更深层的物理现象。

我们都知道，光在真空中的速度是30万公里每秒。但前面已经说过，任何速度都是相对的，都必须有参照系才有意义。如此说来，“光在真空的速度是30万公里每秒”的说法就是不严谨的，因为这种说法没有给光定义“参照系”：也就是说，“光相对什么能达到30万公里每秒的速度呢？”

不要小看这个问题，科学家对这个问题的思考和辩论极大地推动了现代物理学的发展，可以说完全颠覆了人们的传统认知。

伟大的麦克斯韦方程组表明，光就是电磁波，同时推导出光的速度只与真空的磁导率和介电常数有关，公式如下：

从公式中可以看出：光的速度公式中没有涉及到任何参照系，也就是说光速是绝对的，光不需要参照系，或者说在任何参照系下，光速都是不变的。这也是光速不变原理。

举个例子，假设你和一束光沿着一个方向飞行，你的速度为20万公里每秒，按照传统的相对速度计算公式，那束光相对你的速度应该是10万公里每秒。

但事实上并非如此，那束光相对你的速度仍旧是30万公里每秒，而且不管你的速度有多快，哪怕无限接近光速，光相对你的速度仍旧是30万公里每秒！

如果你穿越到古代，向人们讲述上述光速的特殊性，古代人们肯定会认为你疯了，哪怕是牛顿估计也很难接受光的这种特殊性。

不要说古代人类，19世纪末20世纪初的科学家也很难接受光的这种特殊性，但除非麦克斯韦方程组错了，否则光就是如此特殊。

但麦克斯韦方程组是如此的优美，甚至被认为是人类 历史 上最伟大的公式。在后来的不断验证中，麦克斯韦方程组都被证实没有错误。

既然这样，当时的物理学家们就应该心平气和地接受“光速不变原理”。但说起来简单，由于光的这种特殊性与牛顿的经典力学相悖，而牛顿经典力学统治了物理学界几百年 历史 ，早就被“奉为神明”，当时的物理学家想尽各种办法来“左右逢源”，试图调和牛顿经典力学与麦克斯韦方程组之间的矛盾，但都没有成功。

伟大的爱因斯坦用他那天才般的大脑思维，用“奥卡姆剃刀”把经典力学的思维方式一下子“咔嚓”掉了，提出了完全颠覆传统认知的理论：相对时空观。

爱因斯坦认为，时空并不是绝对的，而是相对的。时间和空间是一个整体，两者不可分割。为了迎合光速的绝对性，意味着某些东西必须发生相应改变，这些东西就是时间和空间。简单想一下也比较容易理解，你在地球上静止不动，我以90%光速飞行，你和我看到的光的速度都是一样的，都是光速，这意味着某些东西（就是刚才说的时间和空间）必须发生改变，不然我们看到的光的速度不应该是一样的。当然用数学也能推导出来时间和空间到底如何改变的，之前的文章有详细说明，这里就不详述了。

简单讲，时间和空间会因为速度（还有引力）的变化而发生改变，这就是时间膨胀（钟慢效应）和尺缩效应。速度越快，时间流逝就越慢。

而相对时空观的一个重要前提就是光速的特殊性：光速是绝对的，在任何运动状态下或者任何参照系下，光速都是恒定的。

严格来讲，你我，地球上每个人的时间流逝速度都是不一样的。只不过由于我们生活在低速世界，我们的速度与光速相比实在太小了，完全可以忽略不计，所以我们很难察觉到时间膨胀和尺缩效应，只有在亚光速世界，才会变得非常明显。