光速不变的理解和证明

光速不变是狭义相对论的两个基本依据之一。由洛伦兹方程推出，由迈莫试验作为主要验证。由此进一步推出“尺缩”和“钟慢”效应。

光速不便的主要意含义是，在任何惯性系统中，光速在真空中的传播速度恒定，测得大约为30万公里/每秒，与光源和测试者的相对运动无关，各向同性。光速度不能叠加。

本文对光速不变，提出新的理解，并证明。

光的传播有两个可测试的量，一个是波前的传播速度，记为ch(取head意），一个是光波的传播速度，记为cw（取wave意）。在光源和测试者相对静止时，两个测试值相等。当测试者和光源有相对运动时，cw不变，但ch不同，与测试者与光源的相对速度有关。以前的认识，没区分两者，都认为恒定，造成很多矛盾和解释不了的试验。

一些试验用的是ch，却认为光速不变，无法解释。下面列出一些试验，可用此观点解释：

1，迈莫试验。该试验测的是cw，，相垂直的光的传播速度相同，用太阳作光源也一样。

2，光多普勒效应。该效应中，测试者与光源有相对运动，用的是cw，光速不变，但频率和波长有变。

3，红移。测试者与恒星有相对运动，用cw,光速不变，频率波长有变。

4，北京-东京微波传输，往返需时不同，用的是ch，速度有叠加，所以往返需时不同。

5，用齿轮测光速，用的是ch，但光源与接受器固定，故能测光速。

6，分别测试光的频率和波长，用的是cw，其乘积不变，说明cw不变。

证cw不变。设光源相对地面（参照系）静止，测试者相对地面运动，求波长，1，测试者顺光运动，光波cw相对地面以c的速度传播，频率为f，波长为.设测试者运动速度为v.在地面选一座标原点,光波穿过原点一个波长,测试者移动距离为s=v*/c,经推导，在测试者看，波长扩展为/（-s），扩展倍数为c/(c-v).速度越高，波长越长。

2，测试者逆光运动，波长变短，推导过程如前（略）。

推导频率变化，应独立推导。1,顺光运动，光波每秒越过原点f个波，由于测试者运动，每秒越过测试者的波数为f（n）=f-v/,f/f(n)=1/1-v/c,。频率降低倍数与波长增长倍数相同。因此，cw=c(光速常数)，2，逆光运动，相反（推导略）。洛伦兹变换只推出cw不变。

迈克尔逊—莫雷实验的零结果证明了光速不变
假设以太存在，地球相对以太以速度V运动
那么如果光速与地球速度方向相同，相对地球速度C-V
如果光速与地球速度方向相反，相对地球速度C+V
在用光作干涉试验时，如果光速变了，会使光到光屏时的相位改变，会导致干涉条纹出现一个明显的位移
所以如果我们把试验器材翻转180度，如果上述推理正确的话，光速肯定要改变（由C-V变为C+V，或由C+V变为C-V），那么应该观察到这个位移
但实际结果为零结果，即无论如何移动试验装置，都无法出现位移。
这就说明假设错误，即以太不存在。如果假设光速不变，便能很容易的得到符合试验的结论。

麦克斯韦方程组解出来的，请看这个贴子的2楼
http://tieba.baidu.com/f?kz=373755885
ps：需要高等数学中关于场论的一些知识

背景：经典物理（速度的相对性），麦克斯韦方程组（光是一种波，光速）
爱因斯坦 根据其思想实验，推论 按照 经典物理：以光速匀速追着光跑，那么你将看到到的是停止的波其中的某一个位置。
这与我静止看光，看到的样子是不一样的。这与经典物理学惯性系概念相悖。
所以，要么就是经典物理有问题，要么就是麦克斯韦有问题。爱因斯坦，感觉麦克斯韦方程组是没有问题的，于是假设：光速是不变的。并以光速不变原理，作为相对论的一个先决假设。

然后，迈克尔迅-莫雷实验，验证了光速确实是不变的。从而在实验上的到了证明。

对提问者：
这本来就不是三言两语能讲清楚的问题。回答的人，也就是尽自己的可能为你提供解决问题的途径。既然你你自己清楚，去查查相关资料就可日夏养花网以了，犯不着在这里耍大牌。不要觉得依仗悬赏分就可以毫不客气的任意要求答案。
参考资料：大学物理学，任意一本。

跟着光跑。你的速度的光的速度一样了，就能用事实证明了

光速在变化再在不同介质中传播速度不同就是光速降了，至于为什么这么解释因为不这么解释这么计算光速在不同环境中速度不同不便于计算。

科学家研究发现光速并非恒定不变 一个由澳大利亚新南威尔士大学约翰韦伯教授领导的国际研究小组利用设置在美国夏威夷的世界上最大的天文望远镜，观测分析宇宙深处最遥远的一些类星体后发现，在宇宙诞生以来的150亿年中，光的速度是有轻微变化的。若该研究成果获得进一步的确认，则爱因斯坦所提出的光速恒定不变的理论就是错误的，粒子物理理论中的标准模型也需要彻底修正。有关论文将发表在8月27日出版的《物理学评论》杂志上。 根据《科学》杂志提供的消息，科学家们的结论是通过分析计算与光速有密切关系的微观结构系数得出的。实验中，研究人员观测了17个有可能伴有黑洞的高亮度类星体，因这些类星体距离地球约120亿光年，其于宇宙诞生初期发出的光线现在才到达地球。当这类光线穿过众多含有镁、铁、镍及其他原子的星际物质时，其特定波长的光会被那些原子所吸收，使光谱中出现暗线。由于暗线的相对位置由微观结构系数描述，通过研究那些类星体的光谱，国际研究小组最后得出了亿万年前微观结构系数较目前小1％的结果，并由此导出光速可变的结论。 韦伯教授的发现在物理学界引起了轰动，但也有部分专家对此持怀疑态度，要求科学家们借助其他天文望远镜和仪器重复实验，确认这个足以改变整个物理学基础的结果

光速不是恒定不变的，光是一种电磁波，在不同的物体介质中的传播速度是不同的。理论上，光在真空中的速度最快。

光速不变是相对于参考系来说的，比如说一个人A相对于另一个人B以速度V前进，如果A手里有一光源，则其发出的光的光速是c，那么同样是这束光，相对于B的速度也是c，是一样的，而不是c+v，这就是光速不变原理

而光在不同介质中传播速率不同，这没什么矛盾的，这只是因为解麦克斯韦方程组的时候根据介质的不同引入的参数所致，这是经典理论，而光速不变理论是相对论的内容，所以并没有矛盾可言，也没有什么可比性

至于在介质中超光速来回到过去，你就想多了。介质中为什么光速会变慢，这个问题我也不是很肯定，有说是因为光子被介质中的原子吸收再辐射导致从表面来看光速变慢，实际上光速仍然不变，有说光在介质中不断被反射导致的，还有的从能量角度上说光子的能量被介质吸收导致的，或者兼而有之。但从根本上来说，回到过去是不可能的

光速不只是光速本身，它的传播速度会受到在不同传播媒质的密度等影响，包括电、磁等能量场，甚至可以让光速变为零。

光速在真空中300000000m/S不同的介质光速就会改变，在真空中应该不变吧

网上有一个视频专门讲这个问题，好像是时光机器，是日本和美国物理学家讲的，你搜搜

介质改变是会变的

大家应该在日常生活中应该都听到过这样一句话“光速在真空中是恒定的”，但是如果对爱因斯坦的相对论没有了解的话，就会产生很多误解。

比如在回答问题时总能遇到以下几种问法：

把激光灯对着天空，激光的另一端的线速度不就超光速了？如果有一根30万公里的棍子，从另一端推一下，岂不是就超光速了？把打开着的手电筒扔出去，手电筒发出的光是不是就超光速了？

其实，速度的极限并不是光速，而现在，我们已经发现了宇宙中确实存在超光速现象：宇宙膨胀的速度，量子纠缠效应等。那么，但为什么这些现象没有和相对论产生矛盾呢？狭义相对论到底限制的是什么？

狭义相对论的两大基本假设。

首先了解一下光速是怎么来的。

19世纪，有一位伟大的物理学家麦克斯韦，他最大的功绩就将电和磁进行了统一，并总结出了四条电磁方程，在真空中对四条方程求解，可以得到一条微分方程。

可以看出这个形式的方程就是波方程，通过代换，可以得到电磁波在真空中的速度，这个速度和当时人们测量出来的光速是一样的，这也间接证明了的光也是电磁波的一种。

一般来讲，速度都是相对的，需要选定参考系。那么真空中光速是相对于什么而言的？首先人们很自然的就想到了真空里的介质，光速相对于真空中的介质，速度为c，并把这个介质aether（以太）当成宇宙中绝对静止的参考系。

这就产生了一个fqgZE问题：地球以每秒钟30千米的速度公转，那么必然会受到每秒30公里的“以太风”，然后对光速产生影响，接着迈克尔逊和莫雷就做了一个实验，为了测量出地球通过以太的速度。

而实验表明：不管是射出光线和地球运动方向相同还是相反，测出来的光速都相同，也就是地球和它们设想的以太介质之间并没有相对运动。

这时爱因斯坦就表示：以太是根本不存在的，光速相对于任何参考系都是不变的。

我们知道：在一个相对静止的参考系中，物理现象是不变的。举个例子：人在地面跳一下和在运动的火车里面跳一下，都还是会落到原地，就是因为人相对于脚下的地方是静止的。然后爱因斯坦把它称作狭义相对性原理。

鉴于此，爱因斯坦就表示：以太是根本不存在的，光速相对于任何惯性参考系都是不变的。于是光速不变原理和狭义相对性原理就成了狭义相对论的俩大基本假设。

以太学说被推翻了，文章开头的问题就可以这样理解了：光速不需要一个绝对的参考系，也就是说：无论是把手电筒扔出去，还是站在原地不动，光速都是一样的。

基于两大假设，狭义相对论中又提出以下几个理论。

质增效应：意思就是说，对于一个有质量的物体，它的速度不可能等于或大于光速，因为在它加速的过程，越接近光速，质量就会越重。当达到99.9%的光速的时候，物体质量也会增加到无穷大，再想加速，就需要无穷大的能量。而无穷大的能量在宇宙中是不存在的。

时间膨胀（钟慢效应）：物体运动的时候，它发生的一切变化，从参照系的角度来看都会变慢，这就是时间膨胀。举个简单的例子：匀速运动的人身上的时钟，用静止的观察者的时钟去测量，不管运动方向如何，运动中的钟都会随着运动速度增加而变慢。因果律的限制：能量和信息传递速度的上限。

这里的因果关系和我们平时在生活中所说的其实是一样的：就是先有因后有果，在时间尺度上，结果的发生应该晚于原因。之所以说是定律，是因为这因果关系对我们来说，最熟悉不过了，更不会人会去质疑它。

而信息就是用来把原因和结果联系到一起。如果在一个参考系中，信息的传递超过光速，就可能出现某个观察者先看到结果，之后才看到原因，这就违背了因果律。

我们可以想象这样一个场景：开枪和击中目标物体，假设子弹的飞行速度超过光速，再让这两个物体之间的距离，除以前因后果发生的时间差，然后就会发现结果是大于光速的。

这就意味着，对于一位旁观者来说，他会先看到子弹击中目标，然后才看到开枪然后子弹飞行的过程。这就违背了因果关系。

这里还要再提一下，世界线的概念。举个例子：地球绕太阳的运行轨道是一个封闭的圆，每年都会经过同一个点，而在四维时空中，因为加入了时间，经过每年都经过同一个点，但经过的时间一直在变化，所以地球的世界线会呈现像弹簧一样的螺旋式，而并不会形成闭合的曲线。

而一旦违背了因日夏养花网果律，相对论也会受到影响，地球的世界线就会绕回到原点甚至出现交叉的时空曲线，这就意味着，我们可能回到过去，甚至进行时间旅行。

所以超光速的运动会违背因果律，毕竟在这个世界上，不可能有绝对同时发生的两件事情。

这样我们就能完美的解释超光速现象了，宇宙膨胀的速度远大于光速，但是空间本身的膨胀是不携带信息的，量子纠缠效应也是。光速不可超越，具有一定的前提，超光速也并非不存在。

最后我们来总结一下。光速不变说的是：光在任何参考系下的速度都是常数c。狭义相对论和因果律不允许信息的传递速度超光速。超光速现象之所以存在，是因为它们没有违背狭义相对论的前提条件。

就算宇宙间有超光速我们也根本测不到，最后测量到的只是平均速度~光速，www.rixia.cc也就是说所谓光速既有可能高于标准光速、也有可能低于标准光速，最后叠加的结果就是被平均化的光速，我始终认为光速是时空能量密度的产物，并且过去与现在及未来的光速都会不同，只是误差太小而不明显而已，要是有上亿年的时空变幻一定会产生较大的差别。

时空总是在运动中不断变化，变化才是宇宙间的王道，我始终认为空间是物质质量在运动过程中散化的结果，而质量在散化为空间的过程中表现为能量~即呈扩张态，反过来说空间收缩转化为质量是能量向质量的转变，越小的粒子不断的处于运动变化的频率越快，(频率在我的思想里是空间在不断收缩与扩张的反复，或能量、质量不断增加与减少的反复)其量子特性就越明显~质量不确定、动量及能量不确定的微观世界，越大的物体是由无数微小粒子的叠加将变为一个平均化的状态~质量几乎不变、动量几乎不变、能量几乎无变化的宏观世界。

如果这种思想假若成立，就能很好的解开暗物质与暗能量的让人困惑的迷底…那就是空间，科学家说在银河星系的中心及边缘其恒星绕心旋转的线速度几乎都在200公里/小时左右，这可与我们在太阳系观察到的情况大相径庭，行星离日越近线速度越快，越远离太阳则越慢，这怎么解决？先把牛顿先先的引力方程借用一下mvⅴ/r=GMm/rr将两边化简得出ⅴ=GM/r，想让V等于一个常数只要M/r是个常数即可，很显然只要空间不空是能量或质量化的空间，M与r的比值就是常数，要知道在银河系太阳与相邻恒星的距离至少有2-3光年的距离，尽管空间里的能量或质量密度小但其庞大体形其总量并不少，而太阳系里行星间最短的距离，只不过几分钟光速的距离，把空间转化为质量的数值与行星自体的质量相去甚远，所以才会出现银河系恒星的线速度相差无几，而太阳系行星的线速度却与离日远近相关的结论。

我总感觉空间、质量、能量是三位一体的东东，与热力学中体积、压力、温度的三位一体的关系相近，仅仅只是猜想遭你鄙视并不奇怪，好了如你感兴趣还是让我回忆一下~我是怎么得出运动的粒子为何会出现质量的增加与减少且在不断振荡的？一天我突发奇想，一个在真空里下落的粒子是受到了引力子的作用，那作用力与反作用力该如何表现呢？一个引量子作用在粒子上只要将对其作用的能量子吃一半再吐一半即可，用动能公式表述:[(m十dm)(v+dv)(v+dv)-m.v.v]/2=c.c.dm/2。m为粒子静质量，dm为质量微增，dv为速度微增，c为光速，/是分子分母隔符，解这个微分方程得出随速度增加质量增加为m/(1-v.v/c.c)，只要将上式中的dm变为-dm得出结果表述为随速度增加质量减少为m.(1-v.v/c.c)。当ⅴ不大时m/(1-ⅴ.v/c.c)近似为m(1+ⅴ.ⅴ/c.c)，质量在增加到m(1+v.v/c.c)~与减少到m(1-ⅴ.ⅴ/c.c)间反复不断振荡。这与科学家观察到分子在其位置附近不停振动的想法是www.rixia.cc一脉相承的，更能解释电磁波为什么是纵波，那是电子在收缩与扩张的结果，以前上中学时始终不明白电压代表什么，现在我想说是电子的收缩与扩张产生的振荡频率，频率越高电压越高反之亦然。

一个粒子由于运动会比静止质量重(符合爱因斯坦相对论)也可能比静止质量轻(既重又轻符合量子力学)，当一群粒子速度接近光速时，既有少数变得非常重的粒子更多的粒子却变得虚无，(这吻合了高能下量子自由的想法)当一个粒子质量变得虚无时虚无的主体自然而然就是空间，为什么不能把粒子加速到光速？那是因为粒子在发生振荡，变得奇重无比的粒子突然间、鬼魅般化为一团烟幻化为空间，(这能解释对撞机的能量越高耗损率越大)越大的空间将不可避免与其它物质产生相互作用，这那儿仅是把粒子加速到光速，简直是想把整个宇宙都加到光速。

好了，不想多说假若你认为我说得有点道理请阅览【为什么我思，故我在？】https://mr.baidu.com/r/jwnax44?f=cp&u=b55b009274858aa5
由于我的知识远远不够，很遗憾不能够写出一个解释万物的微分方程，要是有智者请继续前进！

“光速不变原理”的解析。光速不变原理是狭义相对论成立的基本假设前提条件之一。光是作为以太的振动波，传播速度随着以太的密度变化而变化，在相同的以太空间内的传播速度是相同，无论光源是如何运动，它瞬时引起以太的振动的传播速度是相同，“光速不变”准确说应该是“光在相同的以太空间内的传播速度是相同”，这种速度相同是指相对传播介质——以太而言的，如果观察者相对以太是静止的，那么，从观察者角度测量所有光源的光速也是相同，不仅是“光速在真空中不变”。这种原理和声音的传播原理一样，是一种振动波在介质中传播的特征，是对“光是以太振动波的传播”的很好证明，而如果“光是光子的运动”如何有这种特征！以太是一种超流体，天体长期运行中，和以太相互影响，天体的运动和周边以太的运动基本保持一致，相对静止，地球的自转与周边的以太相对速度为零，迈克尔逊-莫雷实验的假设条件——“以太的绝对静止”是不成立，这是迈克尔逊-莫雷实验零结果的原因，迈克尔逊-莫雷实验不能证明一个相对以太有运动速度的观察者，所测量的光的相对速度还是不变的，更不能证明以太的不存在，只能说明以太具有超级流动性的属性。狭义相对论只是利用了“光在相同的以太空间内的传播速度是相同”产生各种现象，伪证了光速相对任何物体不变的“光速不变原理”，狭义相对论这种“光速不变原理”假设前提条件是不成立的。

光速不变的意思就是说无论什么参考的系下速度都是常数c。限制了超光速现象的就是狭义相对论和因果律。之所以存在狭义相对论和因果律，是因为它们没有违背狭义相对论的前提条件。

光速不变是太阳系环境下的测量结果，但根据光线在不同介质内有不同速度，在引力场作用下弯曲，在黑洞作用下速度为零，那么在不同引力场强，光速是否有变呢？这是一种猜想，另一种猜想是，如果视光为排除时间律的一种能量存在形态，光速仅仅是人类把这种能量形态转换成质量运动能的一种慨念？