Question

为什么光速不变?

我需要谁从理论上解释一下

Answer 1

光速不变是实验得出的结果，虽然这违背人的直觉，但它是自然界逻辑简单性原则的一种结果。我们可以在实验结果的基础上反过来解释光速不变。
我们先了解一下相对论里为什么“速度越快时间越慢”。下面一步一步来进行解释：
能量是什么？能量是一个间接观察的物理量，被视为某一个物理系统对其他的物理系统做功的能力。功被定义为力在物体沿力的方向发生位移的空间积累效应，并且等于力与在力的方向上通过的位移的乘积。
在地球上你将1千克的物体举高2米和将2千克的物体举高1米所做的功是一样的。势能变化△E=Fs
本文中各个字母所代表的含义：E—能量 F—力 s—距离 m—质量 a-加速度 v—速度 t—时间 c—光速
能量的一个表达式是力和位移的乘积，力是质量和加速度的乘积，加速度又是速度变化量和时间的比值，而速度又是位移和时间的比值。F=ma a=△v/t v=s/t
假设一开始绝对能量和绝对速度为零，现在速度为v，则（主要用于概念上的理解）：
E=(ms/t^2)s=m(s/t)^2
宇宙中光的速度保持不变（我们先假设光速不变这一实验结果是正确的），任何物体相对于光都在做光速运动。
人们习惯站在自身的角度来评判其它事物的速度，当你不再将光速看成是一种速度时，你也就不难理解为什么E=mc^2（质能关系式）。（前面提到E=m(s/t)^2）
s=vt,当速度不变（保持光速），距离变长，时间的数又是相同时，就会导致时间膨胀（时间变慢）。
另一方面，物体的质量引起空间弯曲，使得周围物体产生加速度现象，表现出时间膨胀（时间变慢）。
在运动中，速度越快时间越慢；在引力场中时间越慢速度越快。这也许就像程度心理学中的程度和逻辑相互结合互相关联那样，运动和时间（时间是逻辑的量子化）不能分开表述，它们是相互结合互相关联的。
下面我们来理解空间、时间和物质的关系：
空间和时间是物质运动的存在形式，没有无物质的空间和时间，也没有无空间和时间的物质。
速度和时间是相互结合互相关联的。速度不变，时间变慢，体现物质的空间性。时间不变，速度变快，体现物质的时间性。光速不变体现了物质的空间性，引力现象体现了物质的时间性。就像粒子的波粒二象性那样，通过不同的观察方式，你会发现物质有时体现波动性，有时体现粒子性。
我们分别从物质的各个方面来观察。“速度不变，时间变慢，体现物质的空间性”，但如果时间慢到静止，也就没必要谈速度。“时间不变，速度变快，体现物质的时间性”，当速度达到瞬移时，是否同样无需谈时间。这些与程度和逻辑的相互结合相矛盾。
宇宙中程度和逻辑是相互结合互相关联的，因为这更加符合自然界的逻辑简单性原则。无论从量子力学中粒子的波粒二象性（粒子的速度和最终位置的结合），还是波粒二象性导致世界量子化（既需要有程度又需要有逻辑），又或者是广义相对论中质量和空间度规的结合，似乎都符合程度和逻辑相互结合这一规律。
程度和逻辑的结合导致了宇宙中时间无法静止（我仿佛听到了心碎的声音），物质无法瞬移。
也许你会有疑问，为什么光速不变现象和引力现象看到的都是速度变快呢。那是由于人自身作为时间性（粒子性）的存在来观察周围事物，看到的结果都是时间不变，速度变快。（无论是运动速度还是衰老速度，都是间接的去观察时间变化）。同时不难发现，引力现象是物质时间性的产物。
或许你对“光速不变体现了物质的空间性”依然不太理解，不妨再来看一下：宇宙中程度和逻辑是相互结合互相关联的，粒子的波粒二象性导致了世界量子化（既需要有程度又需要有逻辑），光速不变代表了微观粒子的大小在任何时刻都是不变的，因而光速不变是有利于宇宙和平的（啊，错了，是有利于宇宙稳定）。
另外，是如何实现在运动中速度不变距离变长（光速不变）这一直觉矛盾的？
宇宙中程度和逻辑是相互结合互相关联的。1.速度和时间是相互结合互相关联的，它们不能分开表述。2.同样的，空间和时间是物质运动的存在形式，没有无物质的空间和时间，也没有无空间和时间的物质。3.对于物质来说，光速不变是通过“速度不变，时间变慢”这一面来实现的。之所以认为光速不变违背人的直觉，是由于我们习惯性认为时空是平坦的，而实际上“同时”是相对的。
纯粹速度和速度的对比（不牵扯到粒子性），就出现了速度不变（光速不变）；纯粹粒子和粒子的对比（时间性的对比），就出现了引力现象（空间度规的变化）。这样解释可能不容易被接受，我们还可以换另外一种描述方式：
1.自然规律的内在往往是简单的，复杂的自然现象背后蕴含着的却是简单的规则。人们脑海中在刻录所理解的自然现象时会不自觉的设定一些限制条件。
2.去掉参考系（逻辑化）这个限制条件，只是进行程度化描述，就是光速不变（相对任何参考系速度不变，而不是绝对速度不变）。
3.（一切物理定律必须与坐标系的选择无关，相对论本身也是研究时空下的不变性。）
去掉（程度化）这个限制条件，将它归化到（逻辑化）描述上，就是万有引力。
（其实在这里进一步的我们也可以推测：力的本质或许就是自然法则为了展示更简洁的一面。）
最终，对于“为什么光速不变”，本文得出的结论就是：光速不变是自然界逻辑简单性原则的一种结果。

追问

物质是由原子、分子组成的，组成原子的电子、中子等是有质量的

追答

想说什么

追问

你说的不对

Answer 2

光速不变是错误的理论，下面就从理论上解释一下。
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。另外，太空中的光速也不是一成不变的，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。