作者 张祥前

【本文大写字母为矢量】
很多人学习相对论，得出一个印象，相对论中光速是一个常数c，就是光每秒走30万公里，称之为光速。并且，当光源相对于我们观察者以速度V（V大于0）运动的时候，光仍然是c，这个就是著名的相对论光速不变>。
其实，相对论中光速在某些情况下可以小于c，某些情况下可以大于c，某些情况下为2c，某些情况下可以为零或者无穷大。
1，在真空中光速什么情况下是一个常数c，

答：

光源相对于我们观察者静止，光速是一个常数c，相对于我们观察者光源运动【包括加速、匀速】，所发出的光的速度相对于我们观察者仍然是常数c。

2，在真空中光速什么情况下可以小于c，

答：

光源相对于我们观察者运动的时候，光相对于光源的速度在我们观察者看来可以小于光速c。

3，在真空中速度什么情况下可以大于c？

答：

A,B两个飞船相对以大于0.5c运动，两个飞船之间相对的速度可以超过c。

4，在真空中速度什么情况下为2c？

答：

A,B两个飞船相对以光速c相对运动，两个飞船之间的相对速度可以为2c。

5，在真空中光速什么情况下为零或者无穷大？

答：

当一个飞船以光速相对于我们观察者沿x轴运动，飞船内部发出一束光也沿x轴运动，由于光速运动飞船沿运动方向长度为零，这样飞船内部的光束在我们观察者看来可以为无穷大。

因为无论什么东西，以一个恒定的速度从a点向b点运动，a,b两点之间的距离越小，所需要的时间>就越短，当a,b之间的距离趋向于零，运动就是不需要时间了，一旦运动不需要时间，我们也可以认为这个东西的运动速度趋向于无穷大。

当然，运动距离为零，我们也可以说静止不动了，这样飞船内部的光束在我们观察者看来也可以为零。

光速能不能看成矢量，相对论中没有深入讨论。

按照相对论看法，光速与光源的运动速度无关，与观测者的选择无关，与时间>无关，与空间位置无关，纯粹一个常数，所以，相对论倾向与认为光速不能够看成矢量，换句话，讨论光速的矢量性是没有意义的。 不过，光速作为矢量首次出现在电磁波方程中。
麦克斯韦方程指出，静止电荷在周围产生静电场，当电荷加速运动的时候可以产生在原来静电场垂直方向的加速电场和加速磁场，并且，加速电场和加速磁场、传播速度三者相互垂直，是以光速向周围空间传播，麦克斯韦方程认为这个就是电磁波。
麦克斯韦方程指出，静止电荷在周围产生静电场，当电荷加速运动的时候可以产生在原来静电场垂直方向的加速电场和加速磁场，并且，加速电场和加速磁场、传播速度三者相互垂直，是以光速向周围空间传播，麦克斯韦方程认为这个就是电磁波。

如果认为这个电磁波传播速度光速可以为矢量C，则矢量光速C和加速电场E、加速磁场B是相互垂直，并且满足以下数学关系：

B = C×E/c²

其中c是矢量光速C的数量，也可以认为c是标量光速。

统一场论【百度 统一场论5版（上）可以搜到】明确认为光速在某些情况下可以表现为矢量，和光源的运动速度有矢量函数关系。

统一场论为了区分，把矢量光速叫光速度，用粗字体C表示，C可以变化。光速速率叫光速率，用细字体c表示，c不变。沿坐标的光速度叫光速，可以变化。

矢量光速和标量光速之间的关系是：

把标量光速乘以单位矢量就是矢量光速。

统一场论这种对光速的看法，本质上不是和相对论相矛盾的，应该是相对论对光速的认识有缺陷。

统一场论对光速这些新认识和相对论本质是一回事情，我们还可以利用光速不变求出光速度C和光源速度V之间的数学关系。

设想有惯性参考系xyo和x’y’o’相互以匀速度V沿x轴正方向动，

在t = 0时刻，o点和o’点重合，一束光从光源（静止于o’点）出发。

按照相对论的看法，x’y’o’系的观测者认为，这一束光沿y’轴方向，速度为c。

在x,y,o系的观测者认为，这一束光沿y’轴方向的速度为√（c²- v²）。

统一场论的看法是，在x,y,o系的观测者认为，这一束光相对于光源的行进路线偏离y’轴一个角度B , 方向沿o’p 。沿o’p 方向的这一束光的速度看成矢量光速度C，C在y’轴上投影为

√（c²- v²）

c是标量光速，v是速度V的数量。

统一场论认为，光速度矢量的方向是可以变化的（模不变），随光源的运动速度V的变化而变化，二者满足于以下关系：

sinB = v /c

由以上关系，我们很容易知道，光速度C【数量为c】和光源速度V【数量为v】以及它们之间的夹角A满足以下关系：

cos A = v /c

由上式可以导出sin A = √（1- c²/ v²）这个实际上是相对论因子产生的原因。

有人认为光速不能像普通矢量那样可以分解和叠加，所以光速不能为矢量。

这种看法是错误的，矢量光速不能够像伽利略变换那样叠加、分解，矢量光速的叠加分解遵守洛伦茨变换，伽利略变换认为光源的速度不影响时间和空间的测量，速度的叠加是一加一等于二这种线性关系。

而洛伦茨变换认为光源的速度影响了时间和空间的测量，光源速度和时间、空间满足于双曲函数关系，伽利略变换中一加一等于二这种线性叠加就行不通了。

经典力学认为光源速度不影响时间、空间的测量，

而相对论认为光源速度影响了时间、空间的测量。所以相对论用洛伦茨变换代替了伽利略变换。

相对论产生于光速不变，同时也对光速不变做了一定程度的解释，彻底解释光速不变的是统一场论。

统一场论给出了时间的物理定义，一旦你知道时间的物理定义，你马上就明白了光速为什么不变。

统一认为宇宙中任何物体【包括人身体】周围空间相对于我们观察者以物体为中心点，以光速c辐射式运动，而光是静止于空间中被空间这种运动带着向外跑的，空间这种运动给观察者的感觉就是时间。
这样说来，时间的量与光速运动空间的位移量成正比。
光速是一个分式，从数学中我们知道，分式有分子和分母。光速中的分子----空间位移和光速中的分母-----时间是一个东西，是我们人为的把一个东西叫成两个名字。比如，张飞，又名张翼德，虽然是两个名字，但是，指的是同一个人。
所以，光速的分子------空间位移如果有什么变动，光速的分母------时间一定会同步变化，这样光速的数值始终不变，这个就是光速不变的原因。
比如说，我们看到了张飞胖了，体重增加了5斤，我们马上就可以断定张翼德体重肯定的增加5斤，因为两个名字指的是同一个人。
张飞和张翼德的体重在增加，但是，张飞的体重和张翼德的体重的比值始终不变。
当光源相对于我们以速度v运动的时候，引起了光速的分子----空间位移的变化，光速的分母------时间一定会同步变化。因为光速的分子---空间位移和光速的分母---时间本质上是同一个东西，是我们人叫成两个名字，如同张飞和张翼德。
从以上可以推理出，光源相对于我们观察者无论是匀速还是加速运动，光速始终不变。这个表明广义相对论基本正确。