真空中的光速对任何观察者来说都是相同的'如何理解？

对于狭义相对论的一些推论，例如同时的相对性，时间的相对性，等，大家都可以根据光速不变原理推出来，但是，对于光速不变原理却是不太理解。如果观察者是运动的，那么光速应该发生改变呀？对于这一点，许多教师授课的时候，只是说光速不变，根据光速不变原理，真空中的光速对任何观察者来说都是相同的，这是由联立求解麦克斯韦方程组得到的，并为迈克尔逊-莫雷实验所证实的，所以没错的。然后根据光速不变原理推出同时的相对性，时间的相对性等。

这一章就主要讲解光速不变，为什么不变的问题。

狭义相对论的两个假设，相对性原理与光速不变假设。后来我们把光速不变假设称作光速不变原理。

我们对这两条假设的理解应该是这样的，1，相对性原理说的是光速不变，这个光速不变说的是光源的运动对光速没有影响；2，光速不变假设说的是麦克斯韦方程组得到的光速不变，即即c^2=1/(εμ)，光波的速度由真空介电常数与磁导率决定；这个光速不变也说的是光源的运动对光速没有影响。

就是说，光速不变分为相对性原理中的光速不变与麦克斯韦方程组中的光速不变。

两个光速不变是一样的吗？如果根据相对性原理中的光速不变与麦克斯韦方程组中的光速不变说的都是光源的运动对光速没有影响，所以两个光速不变是一样的，只是叫法不同。那就错了。

因为，相对性原理中的光速不变指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。这里光源的运动对光速没有影响指的是，惯性系的运动是惯性系中所有物体所共有的，光源与惯性系一起运动，光与惯性系一起运动，或许可以这样说，光源的运动能够带动光与光源一起运动。光是从光源发出的，向各个方向的速度是C.而麦克斯韦方程组得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。这里光源的运动对光速没有影响指的是，光源的运动不能带动光与光源一起运动。光是从闪光的地点发出的，向各个方向的速度是C。所以这是两不同的光速不变。

相对性原理中的光速不变对应的物理现象是迈克尔逊莫雷实验，迈克尔逊莫雷实验中地球是运动的，但光速不能证明地球是运动的，因为地球的运动是地球上的物体所共有的，包括光。就是说地球带着光一起运动。麦克斯韦方程组得出的光速不变，对应的物理现象是双星现象，光行差现象，双星现象中，光源的运动对光速没有影响，光源不能带动光与光源一起运动。光行差现象中观察者的运动不能带动光与观察者一起运动。

这样，把光速不变分为两个光速不变， ‘真空中的光速对任何观察者来说都是相同的' 就好理解了。真空中的光速对与介质的观察者来说是静止的，这个好理解。那么对与运动的观察者来说为什么也是不变呢？

这个运动的观察者又分为两种，1，是同时的相对性中所举例子，如果把车下的观察者看成运动的观察者，那么光速不变是根据麦克斯韦方程组得出的光速不变；如果把车上的观察者看成运动的观察者，那么光速不变是根据相对性原理中的光速不变。就是说真空中的光速对任何观察者来说都是相同的，这是根据不同的原理引出的，一个根据麦克斯韦方程组得出的光速不变，一个是根据相对性原理得出的光速不变。

根据光速不变分为麦克斯韦方程组得出的光速不变和相对性原理中得出的光速不变，我们就可以分析狭义相对论的正确与否了。

在同时的相对性中，车上的观察者认为光速不变指的是相对性原理中的光速不变；车下的观察者认为光速不变是根据麦克斯韦方程组得出的光速不变。车下的观察者如果也采用相对性原理中的光速不变，那么我们就会得出光速是可变的。就是说车下的观察者必须用麦克斯韦方程组得出的光速不变即火车的运动不能带动光一起运动，才能得出同时的相对性。而麦克斯韦方程组得出的光速不变与相对性原理中的光速不变是两个完全不同甚至相反的结论，因为相对性原理中的光速不变，火车的运动能带动光一起运动。

假设这里能够相互混用，并且是不矛盾的，那么在时间的相对中，我们又是如何建立的呢？车下的观察者还是采用的麦克斯韦方程组得出的光速不变吗？不是的。车下的观察者并没有根据麦克斯韦方程组得出的光速不变，来分析问题。如果根据麦克斯韦方程组得出的光速不变，我们就会得出光是从闪光的地点发出的，光不随着火车一起运动，所以不能得出时间具有相对性。车上的观察者根据相对性原理中光速不变，描述光的运动，而车下的观察者什么也没有根据，直接就说光会斜线射到反射板。‘光会斜线射到反射板'这个好像是绝对空间伽利略变换中才有的现象。

在光传播的过程中，一般情况下，光上变化的电磁场与观察者是相互静止的，例如双星现象中，此时光上变化的电磁场与观察者之间的相对空间间隔是不变，光以波速C的传播不改变光上变化的电磁场与观察者之间的相对空间间隔。有时候，光上变化的电磁场与观察者之间的空间间隔是变化的，例如光行差现象中，由于观察者的运动造成光上变化的电磁场与观察者之间的空间间隔发生变化；迈克尔逊莫雷实验中，在观察者看来是由于光上变化的电磁场随着介质随着地球参考系一起运动造成的。

就说说我们正确理解了‘真空中的光速对任何观察者来说都是相同的'就会发现这说的是光在介质中传播的速度，我们可以叫做光自身的速度。光还有光与观察者的相对速度。光与观察者的相对速度由光自身的速度与观察者的速度共同决定，就是两者的矢量差。

本文主要思想取自《狭义相对论讲义之光速不变》与《歪解光速不变原理》

参考文献：【1】《狭义相对论讲义之光速不变》吴兴广【2】《歪解光速不变原理》吴兴广【3】《狭义相对论讲义之同时的相对性>》【4】《同时的相对性与摆的等时性的分析>》【5】《相对运动使用的是牛顿运动定律的类似定律>》

2013年11月22日19:39:09吴兴广