真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动没有关系。这个假设通常叫做光速不变原理。通常我们是如何分析的呢？光速，为什么与光源的运动和观察者的运动没有关系呢？光源运动时为什么光速不变呢？观察者运动时，光速为什么不变呢？？我们带着这样的疑问，在没有理解光速不变原理的情况下进入了相对论世界。根据光速不变和 相对性原理推出同时的相对性，自然不太理解。

      爱因斯坦是如何推理的呢？

     首先，光源的运动对光速有没有影响。大家都知道双星现象，

在离我们地球遥远的星际空间里，存在着一种被称为双星的天体系统，它由两个恒星W和H组成，相互绕着它们共同的质心O转动，对其中每一颗星来说，都在做近似圆周运动，如图2. 1所示.

现在观察其中的一颗W星（图2. 2），当它在位置a时，是朝我们地球而来；在b时，离我们而去. 如果W星的轨道速度为，并且假设光传播时带有光源的速度，那么，在地球上测到的W星在a点发出的光相对于地球的速度为，而W星在b点发出的光相对于地球的速度为.

可见，在a点发出的光将比在b点发出的光跑得快. 就算不太大（比小得多），但因W星离我们很远，因此，总可以假定W星在b点发出的光到达我们的眼睛时，它从b点经过一段时间（半周期）运动到a点时所发出的光也赶到了，我们将同时在a、b位置上看到有两颗W星.

假如在某一时刻在两个不同的地方看到同一颗星，这就是所谓"魅星".

一般情况下不一定同一颗W星在轨道两端出现，但只要光速依赖于光源速度，则我们预期总能看到"魅星"出现，并且会观察到双星轨道有明显的畸变.

事实上，天文观测到的双星系统都很正常，从未看到过"魅星" ，这表明图2. 2中W星在a和b点发出的光相对地球的速度是一样的.

所以根据观察，人们断定光速与光源的速度无关.就是说光源是静止时光速是c,光源是运动时光速也是c.

光源静止时，光速相对观察者是c,那么光源运动时，为什么还是c呢？一般我们会接着想下去，光源运动时光速还是c，这是怎样一种情形？不过爱因斯坦在这转了个弯，我们是如何确定光源是静止的还是运动的呢？

光源在火车尾部a，观察者在火车头部b,两者相对静止 ，在观察者看来光速是c;而火车是匀速直线向右运动的，在路基上的观察者看来，火车是运动的。在车上观察者看来，光源不到，光从光源传来；在路基上的观察者看来，光源向右匀速直线运动，光从闪光点（光源在火车尾部a对应的点）向右运动，光速也是c.那么光到底是从那一点出发的呢？那个观察者看到得是对的？那个观察者看到得是错的？就此爱因斯坦提出相对性原理，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。电磁规律在不同的惯性系中也是一样的，惯性系是平等的。就是说车上的观察者与路基上的观察者看到的都是对的。在车上的观察者看来光从光源a出发，光速是c;在路基上的观察者看来，光源向右运动，光从闪光点（光源在火车尾部a对应的点）出发，光速是c.不同的观察者看到的光速都是c,但起点不同。由此爱因斯坦基本确定了光速不变思想。

(就是说爱因斯坦光速不变的提出中，地面的观察者得出的光速不变用的是相对于介质说的。）

光速不变与经典速度合成定律是相矛盾的，为什么这两个概念会相互矛盾呢？爱因斯坦苦思不得其解。起初他 想修改洛仑兹的观念，以解决这个矛盾，结果白白花了一年时间，没有 取得进展。"是我在伯尔尼的朋友贝索偶然间帮我摆脱了困境。那是一个睛朗的日子，我带着这个问题访问了他，我们讨论了这个问题的每一个细节。 忽然我领悟到这个问题的症结所在。这个问题的答案来自对时间概念的 分析，不可能绝对地确定时间，在时间和信号速度之间有着不可分割的 联系。利用这一新概念，我第一次彻底地解决了这个难题。"（这里是爱因斯坦的讲演）

    这就是同时的相对性的提出。在车上的观察者看来，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁。路基上的观察者则不以为然。他观测到，闪光先到达后壁，后到达前壁。他的解释是地面也是个惯性系，闪光向前向后传播的速度对地面也是相同的，但是在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时间也就晚些，这两个事件不同时。对同时的相对性分析见《同时相对性之解读》（爱因斯坦对观察者的运动的分析可能是观察者运动时，光源与观察者间距离发生改变，但根据相对性原理 ，两者是平等的。）

   其实光是一种波，波速的分析考虑的是光源，观察者，还有介质与光的运动情况。1 光源，观察者与介质三者相对静止，光速是c .2 光源与观察者相对静止，介质相对观察者（或说光源）运动，此时光速变化，介质与光运动方向相同时变大，反之光速变小。例如裴索实验。3 光源与介质相对静止，观察者运动。光向观察者运动，观察者远离光源时，光速变小；反之，变大。4 观察者与介质静止，光源运动。光射向观察者，光源的运动对光速没有影响，相对于观察者而言，光从闪光点出发，速度是c.光相对于介质速度是c.光源与光之间的相对速度小于或大于c.5 观察者与光源相对运动，观察者与介质相对运动，光源与介质相对运动。光速变化。

光速的变化可以用经典速度合成定律。用以上分析知道，分为a相对性原理中的速度合成；b多普勒效应中的速度合成，与波的速度相对于介质说的有关。

相对性原理中的速度合成指的是，光源与介质相对静止，光源相对于观察者运动，例如密封的火车中，光源与火车静止，火车相对于地面匀速直线运动，速度v,相对于地面观察者看来，光速就是c+v或c-v.敞开的火车与密封的火车是不同的。在敞开的火车中，光源与火车静止，光源相对于介质运动，地面的观察者与介质相对静止，与光源相对运动。相对于地面观察者光速不变，相对于光源，光与光源方向相同时，光速减小，反之，变大。属于多普勒效应中的速度合成。

如果认为真空与介质应处于相同位置，那么在真空中也有相对性原理中的速度合成。