光速不变和时间的本质是绑在一起的

作者 张祥前交流微信zhxq1105974776

相对论中光速不变是指光源相对于我们观察者静止或者以速度v运动时候，光源发出的光的速度始终不变。

一个人站在我们面前，手里拿着一个手电筒，手电筒发出一束光，我们测量是每秒30万公里。

当这个人拿着手电筒登上一列火车，对着火车头照射，火车以每秒30公里速度相对于我们运动，我们测量手电筒发出的光竟然不是每秒300030公里，而仍然是每秒30万公里。

相对论中光速不变让很多人感到很奇怪，不可思议。

设想一个相对于我们静止点燃的蜡烛，发出的光速度是一个常数，

这个我们不感到特别奇怪，比如，声音的传播速度，在无风的情况下也是一个常数，大约每秒334米。但是，当起风的时候，或者声源位置在运动，声音的传播速度就不是一个常数。

光速让人匪夷所思的是，当光源相对于我们观察者以某一个速度运动的时候，不影响光速，光速仍然是每秒30万公里。
    人类要想揭开光速不变背后的奥秘，必须要明白时间的本质，实际上光速不变和时间的本质是绑在一起的，如果你一旦知道时间的本质，你就知道了光速为什么不变。
    时间的本质是什么？

统一场论【百度统一场论6版可以搜到】给出了严格的时间物理

的定义：

宇宙中任何物体【包括我们观察者的身体】周围空间以物体为中心点、以光速c向四周辐射式运动，而光是静止在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t与光速运动空间的位移量r成正比。
    光速c = r/t是一个分式，从数学中我们知道，分式由分子和分母组成。
    光速r/t中的分子----空间位移r和光速中的分母-----时间t本质上是同一个东西，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r如果有什么变动，光速的分母------时间t一定会同步变化，这样光速的数值c = r / t始终不变，这个就是光速不变的原因。

当光源的运动速度v引起空间位移r变化，一定会引起时间t的同步变化，原因是时间t是我们观察者对空间位移r描述出来的。

空间位移r和时间t本来是同一个东西，是我们观察者人为的把空间位移r叫了另外一个名字------时间。
    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r的变化，一定会引起光速的分母------时间t同步变化。
    因为光速的分子---空间位移r和光速的分母---时间t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。
    统一场论还拓宽了对光速的认识。

统一场论认为光速在某些情况下可以表现为矢量，矢量光速方向可以变化，并且和光源的运动速度有函数关系。
    统一场论为了区分，把矢量光速叫光速度，用粗字体C【本文大写字母为矢量，下同】表示，C方向可以变化。光速速率叫光速率，用小写字母c表示，c不变。沿坐标的光速度叫光速，可以看成是矢量光速在三个坐标系上其中两个坐标为零的矢量。
    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不完善。
    下面我们来求出矢量光速度C和光源速度V之间的函数关系，论证统一场论对光速这些新认识和相对论本质是一回事情，二者都满足于洛伦茨变换。

现在设想参考系s系相对于s’系以速度v沿着x轴正方向运动。在t = 0时刻，s系中原点o点和s’系中原点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，s’系的观测者认为，这一束光沿y’轴方向，速度为矢量光速C’。
    在s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s系的观测者认为，这一束光相对于光源运动的行进路线偏离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【s系的观测者认为是C，s’系的观测者认为是C’】，C在y’轴上投影为√（c²-v²）
统一场论认为，矢量光速度C的方向是可以变化的（模c不变），随光源的运动速度V的变化而变化，如果二者满足于以下关系：
sinb = v /c 【v是矢量V的数量】。
则能够和光速不变吻合。
由以上关系，我们很容易知道，光速度C和光源速度V【标量是v】以及它们之间的夹角a满足以下关系：
cos a = v /c

并且C·V = v c cos a
由上式可以导出sin a = √（1-v²/c²）这个实际上是相对论因子产生的原因。
   我们把光速扩展到矢量，使我们认识到矢量光速和光源速度之间的函数关系。
利用矢量光速概念，我们还可以用矢量光速C来简洁的描述电磁波方程：B = C×E/c²
上式中B是加速运动电荷产生的加速磁场，E是加速运动电荷产生的加速电场，C是矢量光速，c是标量光速。
矢量光速概念，还可以加深我们对相对论中光速不变的深入了解。

相对论中光速在某些情况下可以小于每秒30万公里，某些情况下可以大于每秒30万公里，某些情况下可以为无穷大。
相对论中严格的讲，光速为一个常数，是在以下情况下：
1，当光源相对于我们静止的时候，光从光源出发，以每秒30万公里向周围空间运动，这个光速是恒定的常数。
2，当光源相对于我们观察者以速度V运动的时候，光从光源出发，相对于我们观察者以每秒30万公里向周围空间运动，这个光速也是恒定的，是一个常数。
当光源相对于我们观察者以速度V运动的时候，沿速度V方向的光的速度相对于我们观察者来说仍然是每秒30万公里。
但是，沿速度V方向的光的速度相对于光源是每秒30万公里减去V，反方向是30万公里加V。
沿速度V垂直方向的光的速度【无论是相对于我们观察者或者相对于光源】是√【每秒30万公里的平方减去V的平方】，也就是√（c²-v²）。
相对于我们观察者，两个外星飞碟以光速相对飞行，对于我们观察者来说，两个外星飞碟相对之间的速度是每秒60万公里。
设想一个外星飞碟相对于我们观察者以光速运动，飞碟内部的外星人打开一个手电，发出的光在外星人看来是每秒30万公里。但是，在我们观察者看来，这个外星人手电发出的光速度可以是零，或者趋向于零。也可以说趋向无穷大。
无穷大，严格的讲是可以趋向无穷大，无穷大和趋向无穷大是有区别的。
在物理上，零和趋向于零也是有区别的，比如，我们在地球上上抛一个石头，由于地球重力的作用，石头的速度逐渐的减少，最后变成了零，然后又开始以自由落体的形式下落。这个过程中石头的加速度一直是恒定的。
从数学上讲，速度为零，我们将速度对时间求导数，得到的加速度也是零，这里似乎出现了矛盾，但是，我们把速度为零改为速度趋向于零，这个矛盾就可以消除。
上面说到的外星人飞碟以光速相对于我们运动的时候，外星人飞碟内部光的速度为什么相对于我们观察者可以趋向于无穷大？因为，外星人飞碟一旦相对于我们观察者以光速运动，飞碟内部的沿运动方向的空间长度相对于我们观察者为零。
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。
外星人飞碟以光速相对于我们运动，在我们观察者看来，飞碟内部沿运动方向的空间长度趋向于零，飞碟内部的一束光和飞碟的运动方向一致，这一束光的速度在我们观察者看来可以趋向于无穷大或者不确定。