為何光速絕對不變？如果光速是可變的，物理學將一夜回到400年前

光速不變原理，是狹義相對論的基本假設(shè)之一，這個原理其實也是公理，無需證明，也沒有辦法徹底證明。但光速不變絕非“拍腦袋”臆想出來的假設(shè)，是基于麥克斯韋方程組和大量實驗觀察提出來的假設(shè)。

就像“兩點之間線段最短”一樣也是公理，這個公理也無需證明，它符人們的日常認知，如果真想證明，你根本無法證明，因為兩點之間的距離有無窮多個，理論上你需要把這無窮多個距離與直線的距離都做比較，才能證明，這顯然是不可能完成的。

光速不變原理也是如此，愛因斯坦一開始通過麥克斯韋方程組發(fā)現(xiàn)光速是絕對的，在任何參照系下都保持不變，之后科學家們的大量實驗也證明了這點。當然我們很難在日常生活中直觀地感受到光速不變，因為光速實在太快了。

光速不變原理就是狹義相對論的根基，如果光速是可變的，意味著狹義相對論也是錯的，而相對是是現(xiàn)代物理學大廈的基石，這同時意味著現(xiàn)代物理學大廈將轟然倒塌，物理學獎一夜回到400年前，回到牛頓和伽利略之前。

說白了，光速就是四維時空的固有屬性，只與四維時空有關(guān)，是人們理解時間，空間和能量的一把鑰匙。這樣說一點也不過分，毫不夸張地說，人類科學的發(fā)展過程， 其實就是對光研究的過程。

具體是怎樣的過程呢？說來話長，這里就挑重點的說，從麥克斯韋的電磁理論開始說。

19世紀，麥克斯韋提出了偉大的麥克斯韋方程組，堪稱人類歷史上最偉大的方程，從而統(tǒng)一了電磁學。

這個方程組讓當時的物理學界驚呼“世界上竟然有如此優(yōu)美的方程”。不過麥克斯韋方程組推導出來的電磁波速度，也就是光速，竟然是一個常數(shù)。光速的計算公式中，只與真空的磁導率和介電常數(shù)有關(guān)，并沒有任何參照系。

當時的物理學界對此大為不解。因為在人們的傳統(tǒng)認知里，任何速度都是相對的，都必須有參照系才有意義，那么光速的參照系又是什么呢？

物理學家們開始通過各種方式為光速尋找參照系，他們不允許一個沒有參照系的速度，如果真的有這樣的速度，意味著牛頓經(jīng)典力學將是錯誤的，無論如何他們都不能接受這點，因為牛頓經(jīng)典力學已經(jīng)統(tǒng)治了物理學界幾百年時間了，物理學家們早就視牛頓經(jīng)典力學為“神明”了！

物理學家們首先做了很多實驗，來驗證光速在不同的參照系是否真的保持不變，結(jié)果都指向了光速的絕對性。，比如說著名的邁克爾遜莫雷實驗，表明假設(shè)的絕對參照系“以太”并不存在。

即便是邁克爾遜和莫雷本人對實驗結(jié)果也一度持懷疑態(tài)度，這并不是他們想要的結(jié)果，因為實驗結(jié)果非常不符合他們的預期，他們一度懷疑是不是實驗不夠精確，是不是實驗儀器受到的干擾，造成了錯誤的結(jié)果。

但多次實驗過后，結(jié)果仍舊是一樣的。也有其他物理學家做了類似的實驗，結(jié)果都表明光速不變。

麥克斯韋方程組推導出來的光速計算公式，還有后來的很多實驗讓物理學家們徹底瘋了，他們很難接受光速的絕對性，因為那意味著牛頓經(jīng)典力學的轟然倒塌，但一次又一次的實驗恰恰指向了光速的絕對不變，表明“以太”這個光速的參照系是不存在的。

況且，如果真的存在絕對靜止的參照系“以太”，意味著萬事萬物相對于以太都是靜止的，實際上如果真的如此的話，物理學早就崩盤了，在伽利略之前就崩潰了！

伽利略認為勻速運動和靜止是等效的，簡單說，如果你不能感受外部世界，就不會感受到相對性，那么你就不能辨別自己在運動還是靜止。而如果萬物相對以太絕對靜止，說明勻速運動和靜止就不是等效的。

以太，就像“緊箍咒”一樣，死死地鎖住了物理學大佬們的思維，讓他們很難突破牛頓經(jīng)典力學的束縛。這也很正常，畢竟牛頓力學統(tǒng)治了物理學界幾百年了，豈能是說推翻就推翻的？

就在大家不知所措，一籌莫展，不斷為“以太”的存在尋找各種借口的時候，愛因斯坦憑借他那顛覆性的思維，直接用“奧卡姆剃刀”把以太“咔嚓”了，因為“奧卡姆剃刀原理”的基本理念就是“如無必要勿增實體”，以太本來就是假設(shè)的概念，更很重要的是在之后的各種實驗中，都證明以太并不存在，更具有諷刺以意味的是，以太的存在不但不能解決光速不變的問題，反而帶來很多其他問題，很顯然以太就是“無用的累贅”！

徹底放棄以太的概念之后，愛因斯坦終于捅破了通向相對論的最后一層“窗戶紙”，基于光速不變原理和相對性原理，狹義相對論呼之欲出。

實際上，在愛因斯坦之前，洛倫茲和龐加萊等大佬都已經(jīng)無限接近狹義相對論了，只不過他們始終擁抱著“絕對時空觀”的觀念，結(jié)果與狹義相對論失之交臂！

總之，光速不變早已經(jīng)成為現(xiàn)代物理學的基本原理之一。如果光速是可變的，人類已知的所有物理定律幾乎都會失效，因為很多物理公式中都有光速這個參數(shù)。

光速為什么不變？通俗理解，文章開頭也說了，光速就是四維時空的內(nèi)在秉性，只與時空本身有關(guān)。光也是一種波，它并不是不需要介質(zhì)，光的介質(zhì)就是四維時空本身。