Question

麦克斯韦方程组能不能推导出光速不变原理？

在百度百科上说光速不变原理是联力求解麦克斯韦方程组得到的，这句话对吗？如果对的话，那么当时的科学家为什么还要认为有以太，认为光速是可变的。

Answer 1

我觉得这种说法（还有楼上几个的说法）都不能成立。设想把方程里面真空介电常数换成物质的，把真空磁导率换成物质的磁导率，是不是可以下结论说物质中的光速也是不变的呢？ 物质跟真空传播电磁波的区别无非就是物质中有一个个原子或者分子作为电偶极子跟磁距，而真空中“看来”没有。可是如果真空中也有这类小磁矩和电偶极子呢，那不就跟物质一样吗？即便以现代的眼光看来，如果假设有以太存在，确实就没有办法再去得到什么光速不变原理了（这时候真空就跟普通的物质类似）。
所以不能简单的说因为推导没有用到参考系的假设就能证明光速跟参考系无关。不是说Maxwell跟相对论没有关系，只是光速不变原理不能由麦克斯韦方程完整的导出。只有当排除了以太这种东西的存在后，光速不变原理才是很自然的。或者说当人们意识到光速不变原理后，以太才没有假设它存在的必要。
从历史上看，麦克斯韦导出他的方程的时候，自己并没想到这个方程跟时空的联系。他当时是假设了以太的存在的（当时是假设以太这种物质介电常数跟磁导率跟今天所说的真空的相等）。后来彭加莱研究过麦克斯韦方程在怎么样的时空变换下不变。其实已经跟相对论非常接近了，可是当时仍然没人知道这些变换对应与真实物理世界中的那些变换。所以发现相对论的功绩才归于爱因斯坦而不是彭加莱，因为爱因斯坦明确指出了那些变换的物理意义，但是在作出这一步骤之前，他抛弃了以太。
综上所述，“光速不变原理是联立求解麦克斯韦方程组得到的”这种说法站不住脚。物理毕竟不同于数学，不要认为每一个原理都是推导出来的。有时候就是需要跨过一条沟（无法直接证明的）才能更接近真理。更何况，从历史上看，人们往往是从表象的知识往更基本的知识前进，这时候就更不能指望什么“推导”了。未知自然界是个黑箱子，只要你了解黑箱子的内部情况，箱子外面的你都能解释，可是你想通过外面看到的表象“推导”箱子里面的内容，是万万做不到的。

Answer 2

这句话是对的，利用麦克斯韦方程组计算出的光速是不牵扯到具体的坐标系的。这个建议你看一下物理学发展史，因为固定的时空观在人的思维中根深蒂固，认为时间是绝对的，与空间无关，说起来比较复杂，就是现在理解相对论，理解光速最大，都还很难。另一方面的原因应该是对光速的测量技术还比较落后，当时还没有很好的测量光速的方法。

Answer 3

麦克斯韦方程组可以得到光速只与物质的介电常数和磁常数有关，与任何参照物无关。
所以光速不变原理是指，光速与参照物的选择无关。一个火车以光速前进，他看到的地上射出的任意一束光的速度都是光速。
光速其实在不同介质中的速度都不一样。就像上面所说的，和物质的介电常数和磁常数有关。真空中的光速最大，因为真空的介电常数和磁常数最小。