如何解释光速不变
1. 实验事实
- 在 19 世纪末，迈克耳孙–莫雷实验发现：
无论地球在绕太阳运动还是不动，测得的光速都一样，没有出现预期的“以太风”效应。
- 后来无数实验（包括现代激光干涉、宇宙射线、GPS 校正等）都证明：
光在真空中的速度对所有惯性观察者都相同，约 (3 \times 10^8\ \text{m/s})。
2. 相对论解释
爱因斯坦在 1905 年提出 狭义相对论，其两大公设：
- 物理规律在所有惯性系中相同。
- 光在真空中的传播速度是常数 ©，对所有观察者都相同。
由此推导出：
- 时间膨胀：不同运动状态下的时钟走得不一样。
- 长度收缩：高速运动方向的长度会变短。
- 同时性的相对性：不同观察者对事件是否同时可能有分歧。
👉 换句话说：为了保证光速不变，时间和空间必须随观察者而变化。
3. 更深的物理理解
- 光速不变不是“光自己在坚持速度”，而是时空结构的基本属性。
- 在狭义相对论的时空几何中，光子的轨迹是“零长度的路径”（零测地线），其斜率就是固定的 ©。
- 所以，光速不变其实等价于说：时空的度量方式决定了光速是一个不变量。
4. 现代的观点
- 光速是自然界的一个基本常数，和普朗克常数 (h)、引力常数 (G) 类似。
- 在国际单位制中，光速已经被定义为精确常数，它不是测出来的变量，而是空间和时间刻度的“桥梁”。
✅ 简要总结：
- 实验告诉我们：光速对所有观察者都相同。
- 相对论解释：这是因为时间和空间会随参考系改变，而光速作为自然常数保持不变。
- 本质上：光速不变反映了 时空几何的根本结构。