光速保恒是时空均匀线性的必要条件，是伽利略变换和洛楞茨变换的前提。

我把网上最新讨论的光速与坐标变换问题向陈老师汇报后，陈老师说，不是从时空的均匀线性得到恒定的信号传递速度，而是相反次序。我把交谈内容按我理解了的整理成文供大家讨论。

一，真空

容器内抽掉了空气剩下的叫真空，剩下的究竟是什么有许多说法，如以太、量子场基态等等。有一个共识是真空不是人们头脑中想出来的精神的东西，而是自然界客观存在的物质的东西。在没有出现人类之前自然界就存在真空。

二，真空的定性描述

真空既然是客观的，就不能有多种互相矛盾的描述版本，不同的版本能兼容仅在于描述的精度的不同或描述的角度（着重点）的不同。定性描述的真空的特征是：此处与彼处相同，此方向与彼方向一样，因为说不出此处与彼处、此方向与彼方向不一样的理由而成立。这个非定量的特征是作为一条公理提出来的，谁反对谁举证。至今，无论是量子场涨落真空观、各种以太观甚至是主张真空一无所有的观点的支持者都不曾反对过这一条公理。

三，真空的定量描述

    真空此处与彼处相同，此方向与彼方向一样用数学语言表述就是真空的均匀各向同性。说均匀各向同性就意味着某物理量的数值在此处与别处以及在这方向与他方向是相等的，说相等就要有得出某物理量数值的测量。定量描述离不开测量，从而所有物理量都离不开测量，物理学就是建立在测量的基础上的。

四，从真空到时空

     因为测量就是比较，比较就要有标准量（单位）和被比较量。定量描述真空所必需的测量导致长度和时间单位及其传递方法的引入和定义。测量苹果的重量可以一个个拿来与本地的砝码相比较，但别处的真空不能拿来与本地的标准量（尺和钟）比较，必须将尺和钟传递到别处去与别处的真空相比较，使得不但要定义时空的单位——钟与尺，还要定义钟与尺的传递方法。

测量的结果是用数值来表示真空的特性，使定性描述的真空变成为定量描述的真空——时空。从自然的真空通过测量变成为数值化时空的过程，加进了长度与时间单位及其传递方法的人为操作定义，所以，真空只有一个而时空可以有多个。

数值化的时空应是真空的影像或逼真的模写，模写总会有些偏离真实，但不能离开真空均匀各向同性的本质特性。不当的时空测量操作定义，会使测量得到的时空成为非均匀的和非线性的。例如将脚长（foot）定义为长度单位，则长度单位会随时间变化；用可变速度的信号作为工具来传递时空单位，也会使时空单位在传递过程中发生变化，若用的信号传递工具的速度各方向不相同，则测量得到的时空将显示出非各向同性。因此，时空是否均匀、是否线性取决于测量它的操作定义。尺和钟及其传递方法的操作定义是测量的基础，从而是时空的基础，也是整个物理学的基础的基础。

五，光速保恒是时空均匀线性的必要条件

A，        判断空间是否均匀线性只有测真空中光速

单用尺测量判断不了的空间的均匀与线性，有人会说量得对称的AB线段与CD线段的长度相等则空间就是均匀的，问题在于将对称的AB线段和CD线段的首尾端点从空间中标刻出来又是要依靠尺来测定。无论均匀与否的空间只要是连续的就可用尺在任何地方量出指定的一段长度，若没有别的参数单用尺来测量反映不了空间的任何特性。要判断空间是否均匀线性至少要再测量一个基本物理量——时间或质量。由于无法在各地取出一立方米的真空进行称重来判断密度是否均匀，可行的就只有测量长度和时间来判断单位时间走过的长度是否到处一样，即通过测速度来判断真空是否均匀。测什么速度呢？因声波不能在真空中传播而排除了测声速，剩下的只有电磁波和引力波，引力波的探测技术不成熟，唯有测电磁波的速度。结论是：唯有通过真空中光速的测量才能判断时空是否均匀线性。从Maxwe11方程可知，真空中光速完全由真空介电常数ε₀和真空导磁率μ₀决定，通过真空中光速的测量又可证实ε₀和μ₀究竟是不是不变的常数。

B，时空的均匀、线性由信号传递速度的恒定来保证

要保证通过测量真空而得到的时空是均匀、线性的，定义的时空单位必须是稳定的和可重复的。稳定性和可重复性的含义除了不能用不稳定的周期过程定义钟和不能用可变的脚长定义尺，更主要的是钟和尺在传递过程中的不变性，因此与信号传递速度的恒定有关。要把A和B两点的钟校准到与原点O的钟相一致，最简单的方法是在原点O的钟摆的起始时刻和返回起始点时刻各发射一脉冲信号，信号传递到A和B两地时观察先后到达的两脉冲是否对应于该处钟摆相继摆动到的同一位置，若是则认为钟的速率校准到一致了。当信号传递速度不恒定（会随时间、随方向或随位置变化），则同一坐标系中相对静止的钟都无法校准到一致，更不要说校准不同坐标系中相对运动的钟了。用不恒定的信号传递速度校准的同一坐标系中各地的钟，将是速率不相等、零点也不相同的，再用这些钟和来测定真空中的光速，得到的结果必然是光速会随方向或随位置变化，从而判定真空是非均匀非线性的。结论是：真空是均勻各向同性的，但时空是否均勻线性取决于如何测量真空，也就是说，取决于测量的操作定义。

C，        可用的恒定的信号传递速度唯有真空中的光速

   声波、火箭、飞机等实物运动的速度既不恆定，更不能作为测量真空的钟和尺的传递信号。理论上只有电磁波和引力波可用来作为钟和尺的传递信号，由于引力波尚未探测到而不可用，唯有用电磁波了。这就产生一个看似是循环定义的问题：光波作为信号传递工具先用在测量的操作定义中，光波在真空中的传播速度又作为被测量的量，由对它的测量结果判断时空是否均匀线性。好在光波作为信号传递工具对光的速度没有限定（光速有限或无限、恆定或不恆定都可传递信号），而且对真空中光速的测量结果更沒有限制，测得是什么就是什么。从而看似是循环定义却沒有矛盾，因为时空是否均匀线性用测量真空中的光速来判断只是一种选择而不是定义，可以测其他物理量，只是测光速更方便、更直接。

   结论：从上述分析可得，光速保恒是时空均匀线性的必要条件，但不是充分条件。光速保恒客观存在，若测量的操作定义不当，如选用脚长（foot）作长度单位，时空的均匀线性仍然不成立。必要条件意味着光速不保恒则时空就是非线性的，伽利略变换与洛楞茨变换都将不成立，绝大多数物理量将无法定义和测量，物理学将不再存在。

真空均匀各向同性是光速保恒的根源，光速保恒又是时空均匀线性的根源。因此，光速保恒是从自然界的真空过渡到物理学中的时空的桥梁。光速保恒不限于惯性系中成立，有引力的加速坐标系中同样成立。陈绍光老師在他的书中用国际定义的长度单位米和时间单位秒分別由激光的波长和周期表示，从有引力的坐标系中质量附近的光速跟远处的光速相同，根据量子场论导出了Schwarzschi1d度规，使广义相对论也建立在与牛顿力学和狭义相对论相同的时空测量定义的基础上。从而光速保恒是牛顿力学、狭义相对论和广义相对论的共同的基础，或者说，光速保恒是整个物理学的基础。

要注意的是，在不同的历史条件下对时空单位的稳定性和可重复性有不同的要求，它随着测量精度的不断提高而提高。历史上定义foot为长度单位也没有错。