要從四維的角度來考慮，你需要把時間與空間放在一起，建立一個絕對的時空。

在這個時空中，我們先考慮沒有引力的情況，在真空情況下，因為沒有引力場，我們可以默然這個時空是平坦的。

那麼，光線在這個平坦的時空裡所走出的軌跡是一條直線。

這條直線有一個特點，就是它的長度等於零。

我們把時空中長度等於零的線叫做光線。

那麼 ，我在上面已經定義了光線了。

現在我們開始理解光速不變原理是什麼。

光速不變原理說的是，在同一個慣性參考系中（千萬不要忽略這個前提），如果有一面鏡子是運動的，如果有光線打到這個鏡子上，那麼，鏡子反射的光的速度是不變的，還是光速（言下之意是：不會疊加鏡子的速度）。

在這裡，我們用到了速度的概念，那麼問題來了，這個速度是怎麼定義的？所以事情反而會麻煩。

但別忘了，我在前面已經定義了四維時空。

因此， 我們在四維空間中來看剛才的2條光線：入射光線與反射光線。

光速不變的意思是說：在四維時空中，入射光線在運動的鏡子上反射後得到的反射光線與原來的入射光線之間的夾角是90度。或者換句話來說就是，鏡子的運動對光線來說是可以被忽略的，無論你這個鏡子運動的有多快，只要你是勻速的，就不會影響入射光線與反射光線的夾角。

你對這個問題覺得迷惘是很正常的，因為中國的寫相對論的書很少能把這個事情寫清楚，而且說法都是千篇一律，像我這樣用入射光線、反射光線與鏡子的運動來說的基本沒有。但我的這個說法是比較直觀的，而且具有可操作性，你只要在腦子裡建立起我說的這個物理影象，就可以真正理解光速不變原理了。

因此，祝你好運。

目前認為，光是一種電磁波，光在真空中的速度等於299,792,458米/秒；這個速度是“絕對”速度，“不受觀測系統速度的影響”；任何接近光速的物體的質量趨於零，任何有質量的物體都不可能達到光速。這些都是目前對光速的理解和定義。

但本人認為光是一種“粒子”！不同光源的“粒子”，其性質和傳播速度完全不一樣。蠟燭、手電、螢火蟲等發出的光與太Sunny不只是性質不同，其傳播速度也不同。同時，光“富含”和傳播能量，併產生新的“粒子”和物質。“光合作用”的“光”不僅分解了二氧化碳，而且產生了葉綠素和輕的微量元素。

光是極小極小的“粒子”，它在微觀世界進行著物質和能量的交換，併產生新的粒子（如中子、質子、電子和量子等）和物質。

光速C,並不是一個測量值，而是一個定義。國際單位制的基本單位米於1983年10月21日起被定義為光在1/299,792,458秒內傳播的距離，到米成為長度單位的標準後，裝滿一米高一米長一米寬的一立方米水容量的體積稱為一噸，那麼一噸水有1000公升，一公升水有一公斤，還有測量時間的（秒）也是全世界統一的，這一整套標準的前提是定義了 光在真空中傳播一秒的距離是299792458米。現在大家都知道光在水裡的傳播速度明顯慢了。您認為要怎麼處理呢？還是說您要證明全世界的度量標準都是錯的，或者接受它。那麼我們接下來探討科學家經過多少困難才定義了光速。

光速本來就是可變的，在各種介質中的光速就會改變，這也是為什麼我們能看到色散等現象的原因。在愛因斯坦的相對論中不變的是「真空中的光速」。有了真空中的光速不變，我們生活的世界裡的因果律才不會被瓦解，我們不至於在事件發生之前「看到」事件的發生。

在相對論的理論框架中，「真空光速不變」是一個預先的假定，由光速定義了時空，而不是反過來先給定一個時空，然後去定義光速。如果預先定義一個時空，那麼時間的尺度是均勻的，時間的流逝是不變的，在這個時空下來看光的運動，會有光速的改變。然而，愛因斯坦想到的是，用光速來定義時空，所以在這種時空觀下，真空光速是不變的，如果真的「改變」，那也是說時間被拉長了。所以說，如果真的真空中的光速發生了改變，在相對論的框架下，要考慮的不是改變光速，而是要考慮時空的伸縮。

上面是對光速不變的一種理解，然而其實我們還可以對此有另外一種理解，那就是所有的物體都在時空中都以光速運動。這看起來有點難以理解，不過仔細想想也可以明白，我們所生活的「空間」也在「時間」的長河中「運動」。對於靜止的物體，他跟靜止的空間一樣，把所有的「恰當速度」全部都用到了沿著時間方向上的運動上去了，而光則把恰當速度平均分配到時間和空間兩個方向上，這時候我們把光的速度就成為「光速」，這是另外一種理解光速不變的方式。從這個角度出發的一些更詳細的討論可以參考 @Everett 的回答：https://www.douban.com/group/topic/4751851/?cid=40420799

光速不變原理是狹義相對論的兩個基礎公設之一。在狹義相對論之中，指的是無論在何種慣性參照系中觀察，光在真空中的傳播速度相對於該觀測者都是一個常數，不隨光源和觀測者所在參考系的相對運動而改變。這個數值是299,792,458米/秒。

也就是說，如果你在火車上開啟手電筒，那麼手電筒光束的傳播速度即是299,792,458米/秒。同時，如果我們假設這個火車前進的速度是一半光速，那麼一個站在地面上的人看到的這束光的速度是多少呢？答案依然是299,792,458米/秒。這就是無論任何慣性參考系的意思。

你看，這個原理和我們的生活經驗非常不一樣。我們為什麼認為它是對的呢？原因主要有三個：

首先，我們生活中接觸到的速度相比光速都太慢了。無法觀測到相對論效應。

其次，光速的確切值可以直接由聯立求解麥克斯韋方程組得到。在理論上就不依賴於參考系。

最後也是最重要的，人們透過邁克耳孫-莫雷實驗，證實現實世界中的光速真的是不依賴於參考系的！

有了以上種種保證之後，愛因斯坦才將光速不變作為一種基本假設引入相對論中來，並以此出發推匯出高速的物理世界中獨特時間和空間的扭曲。顛覆了絕對的時空光。

另外，在廣義相對論中，由於所謂慣性參照系不再存在，愛因斯坦引入了更廣泛的廣義相對性原理，即物理定律的形式在一切參考系都是不變的，這也使得光速不變原理可以應用到所有參考系中。所以一個做加速運動的火車依然不會改變地面觀測者觀測到的光速。

如果實驗證明光速可變，那相對論就得重新重寫了！但是目前沒有任何實驗證明這一點，反倒是都在不斷的證明光速不變。

為什麼很多人覺得光速不變難以理解呢？因為大部分人一開始聽到光速不變的時候，總會下意識的根據自己時空觀和經驗的理解得到一個自己的答案。但其實，我們在說光速不變的時候，常常包含三個不同層面的意思，把這三個不同層面的光速不變都搞懂了，所有的疑惑才能迎刃而解。

1、光在同一媒介中的傳播速度不變

光在不同的媒介中傳播速度是不同的（但這並不是說光傳播需要它們作為介質，僅僅表達光在他們之中穿過而已，光的傳播不需要任何介質），比如在真空中傳播的速度最快，在空氣、水、玻璃中傳播速度要慢一些，但是光在同一媒介中傳播速度是不變的，這是由電磁學規律決定的。

我們現在都知道光其實是一種電磁波，那麼光必然也遵循麥克斯韋方程組，從麥克斯韋方程組可以很容易的推匯出光速（電磁波速度）：

其中 ε是介電常數， μ是磁導率，它們在同一介質中都是固定常數，從這裡也可以很容易的看出光在同一介質中的速度是不變的常數，它只和介質中介電常數和磁導率有關。

2、光速不隨光源的運動而變化

要理解光速不隨光源的運動而變化還是很簡單的，其實不光是光這種電磁波，我們普通的水波也是這樣。

打過水漂的人應該都有印象：將一塊石頭在水面上以一個非常小的夾角快速扔出去，在水面上就會形成一連串的水波，而且，所有的水波都是圓形的。這說明了什麼？這說明雖然石頭在快速的朝前方運動，但是水波的速度並沒有改變。如果順著石頭方向的波速大於逆著石頭運動方向的波速，那我們看到的水漂形成的水波應該是一個被拉伸的扁的橢圓形，但是我們看到的卻是標準圓形，告訴我們水波波源的運動並沒有影響波速。

我們可以這麼直觀的去理解這個事：水波的傳播主要是靠水相鄰點的振動傳出去的，石頭在水面上飛行的時候，雖然石頭在運動，但是作為介質的水並沒有參與到其中的運動裡來，所以沒影響。那我們再考慮電磁波，電磁波的傳播是電場和磁場相互感應產生的，所以電磁波傳播的速度其實是電場和磁場相互感應產生的速度，難道光源運動會改變電場產生磁場的速度？這想想也不可能。

所以，光速不隨光源的運動而變化其實是很多波的通用性質，大部分人也容易理解，真正難以理解的是下面的一條。

3、真空中的光速不隨參考系的變化而變化

這是光速不變最難以理解的地方，也是許多困惑和爭議的根源，在這裡，光和水波聲波這類機械波表現出了本質的不一樣。

我還是以水波為例，假設我們在一輛平穩的火車上放了一個水池，一個石頭落在水池裡產生了一個水波。那麼，假設我先以火車為參考系，在火車裡面的人看到水波有一個速度，然後我再以地面為參考系，我在路邊的人看火車裡的水波傳播速度，那麼這兩個速度肯定不一樣，我在地面上看到的水波的傳播速度肯定是火車的速度加上火車裡觀察到的水波的速度。

這就說明，在不同的參考系裡（火車裡面的人和地面上的人）看到的水波的速度是不一樣的，就是說水波的速度是隨著參考系的變化而變化的。但是，光波不！！！

光就是這麼有個性：我在火車（假設在真空中）上發一束光，測得的速度是光速c，我在地面上再測那束光的速度，他還是光速c。你以為你在地面上測的光速會等於火車上的測的光速加上火車的執行速度麼？恭喜你，你跟物理學史上最偉大的物理學家之一的牛頓想法一致，但是這是錯的，無數的實驗無情的否定了這個想法。

而這個光速不變，也就是光速不隨參考系的變化而變化，才是作為狹義相對論的根基的那個光速不變。

很多人在講相對論的時候總喜歡把邁克爾遜-莫雷實驗用來當做愛因斯坦提出相對論的關鍵根基，為什麼喜歡這樣？因為這樣的套路用來講物理故事非常的好：首先是實驗發現一個異常現象，原來的理論無法解釋，然後新的科學巨人透過對實驗的分析大膽的提出了新的理論完美的解釋了這個奇怪的現象，然後新理論預言的新東西被實驗證實，然後新理論的獲得了巨大的成功。

這種故事很具有“科學性”，案例也很多，因此很多教材喜歡這樣用，但是並不是所有的理論發現都是這樣套路，起碼狹義相對論並不是這樣。愛因斯坦這種超天才理論物理學家，他不是看到邁克爾遜-莫雷實驗之後才發現光速不對勁，而是從理論上看到了麥克斯韋方程組，也就是電磁學和牛頓力學產生的不協調開始思考的。

愛因斯坦大學的時候基本沒怎麼上課，而是像瘋子一樣瘋狂的閱讀麥克斯韋電磁學方面的著作，我們在第一條光速不變的時候用麥克斯韋方程組推出了一個光速的公式：

這個公式奇怪的地方就在於：它的確準確無誤的給出了光速的計算公式，給出了一個速度值，但是，這個速度是相對誰的速度？是哪個參考系下的速度？我們都知道，在牛頓力學裡，單獨的談論速度是沒有任何意義的，速度速度，一定是相對誰的速度，或者是某個參考系裡的速度，你現在在這裡玩手機沒動，但是以太陽為參考系，地球帶著你運動，你“坐地日行八萬裡”。在牛頓的體系裡你算任何速度都會有參考系，但是我們的麥克斯韋同學硬生生的在沒有任何參考系的的情況下邏輯嚴密的給你推匯出一個光速出來了？這算誰的？你認不認？

牛頓是物理學界的神，麥克斯韋在那個年代簡直是上帝的代表，麥克斯韋方程組簡單優美得完全不像是人間的產物，但是他們矛盾了，怎麼辦？

放不下牛頓體系的人堅持認為凡是速度必定有參考系，麥克斯韋方程組倒出的光速不是沒有參考系，而是以以太為參考系（牛頓絕對時空裡的絕對參考系），所以，只要我們透過實驗證明了光速會相對以太運動，那麼不就是證明了以太存在，證明了牛頓大神的絕對空間完美無缺了麼，於是他們開始做實驗，後面的事情大家都知道了。

愛因斯坦不一樣，小愛同學可能因為年紀比較輕，思維比較前衛沒有什麼歷史包袱。愛因斯坦想：麥克斯韋匯出的光速沒有指定參考系，你們非要強塞一個什麼絕對的以太作為參考系，但是不對啊，如果電磁學的規律真的都是在以太這個參考系上的，那麼豈不是說我在做電磁學實驗的時候，面對著以太和背對著以太的實驗效果是不一樣？難道我的電流電壓會因為我的儀器是正拿倒拿不一樣？如果真的有以太，那以太的方向速度要怎麼定呢，上帝拼什麼選這樣一個方向和速度？沒道理啊。

總之，小愛同學發現，如果要引入以太這種絕對參考系，那麼他會帶來無數更多的麻煩，用一個以太在光速這裡打了一個補丁，在其他地方至少要多出現十個補丁，但是如果我捨棄以太，事情反而就變簡單了。秉著上帝是個懶人的思想，小愛同學拿著奧卡姆剃刀直接把以太砍了。

愛因斯坦認為，與其為了給光速找一個特定參考系引入這麼多麻煩，倒不如直接假定光速在所有參考系裡都是一樣的，麥克斯韋方程組給出的光速沒有指定參考系，那是因為這個光速在所有的參考系裡都是不變的。

所以愛因斯坦做了一個假定，沒錯，就是一個假定：真空中的光速在所有參考系中都是一樣的。然後以此為出發點，加上一個相對性原理（物理學在一切慣性系中都有相同的表達形式），邏輯嚴密的構建出了狹義相對論大廈，如果你承認這這兩條假設，那麼狹義相對論推匯出來的其他所有的結論推論（尺縮鐘慢雙生子啥的）你都得無可辯解的接收。

上面我們做了一個非常重要的陳述，也希望所有對此有疑惑的人一定要記住：相對論的光速不變只是一個假定，假定假定。

這個類似於數學體系裡的公理，公理就是無法證明其對錯，如果你想玩就得接受的東西。數學體系裡有很多理論，你完全可以提出一些自己的公理，然後根據這些公理推匯出一些有用的定理，但是你必須得保證你自己構建的這個體系是自洽的，說簡單點就是要能自圓其說，別從你的體系裡推匯出一條定理說三角形內角和為180°，又一個定理裡說三角形內角和為240°，這樣你的理論就直接破產了。

如果你的體系是自洽的，能夠自圓其說的解釋一些事情，別人要不要信你，就是別人的自由了。而狹義相對論就是這樣一個自洽的體系，從邏輯上你絕對挑不出它的問題，你能做懷疑的，就只有那兩條假定。所以，光速不變不是什麼真理，或者推導證明出來的定理，它只是相對論體系的一個假設。

你完全可以不承認光速不變，那麼，就得煩請你自己去找個辦法協調牛頓力學和麥克斯韋電磁學之間的矛盾了。

“什麼，你找不到好的辦法來協調牛頓力學和麥克斯韋電磁學之間的矛盾？那就暫時接受相對論唄，看人家把問題解決得如此完美的，接受一個光速不變這麼難麼？”

“不，我就是打死不承認光速不變，我找不到其他的方法來協調牛頓力學和電磁學也不承認它。”

“為什麼啊？愛因斯坦招你惹你了，跟你有殺父之仇還是奪妻之恨啊？”

“都不是，因為愛因斯坦是權威，是最牛逼的物理學家，如果我反對愛因斯坦，反對相對論，豈不是顯得我非常的牛逼？”

“……”

既然每個人都可以定義自己的公理，構建自己的體系，那麼，可不可能在以後的一個新的體系裡，光速不變不再是作為假定出現，而是作為一條普通的定律出現呢？

當然有可能，只不過，那時候你為了把光速不變從現在的假設變成定律，肯定又得接受一個更加深刻基本的假定。那套新的理論一定是包含相對論的，但是也能解決相對論解決不了的事情，科學就是在這樣的過程中慢慢進步的，我們對宇宙對世界的認識也是這樣逐漸變深刻的。但是，即便到了那個時候，你能說相對論是錯的麼？就像我們現在都知道牛頓力學只是相對論在速度遠低於光速情況下的一個特例，但是你能說牛頓錯了麼？

大眾媒體為了吸引眼球會這麼說，但是真正的科學家是不會這麼說的。

當然，也完全有可能在我們發現光速不變是錯的，也許光速不變只是在某個特殊情況下的特例，那也沒事，不經歷這個階段，我們怎麼達到後面那個境界呢？

現代的物理學家普遍認為光速是一個宇宙常數，就像是圓周率這樣的常數，在我們的三維空間裡理解這個很困難呢，但是，在四維時空裡這確實很平常的事情。在統一的四維時空（不是簡單的時間+空間）裡，任何物理的速度都是光速，你現在也是光速，靜止不動的物體在時間維度上飛速流逝，而飛速運動的物體在時間維度上會減慢，而時間空間的向量和，不多不少正好是光速。也就是說，所有在時空中的物體都是在以光速運動，時間上跑得快的空間上動得慢，反之亦然。

這個說得有點遠了，關於光速不變的事就先說到這裡了，所有物體在時空中都是光速的事以後在說。

光速不變的另一種表述就是，時間是可變的

。（觀測在人文的表述上有一眨眼，抬手之間，一轉眼，彈指之間等等以個人主觀體驗為單位的表述方法，後來進化為以太陽距離，銫原子躍遷輻射週期等等所謂科學的，脫離個人體驗的所謂理性的表述方式。 ）

比如在他們以半光速行進的飛船上，我向他們發射了一束光，因為在這個飛船上連銫原子的輻射週期也僅為原來的一半，在以我的參考系中，我看到他們的一切動作（包括一抬手，一眨眼）及一切原子的振動都慢了一半，而他們觀測到的光速以銫原子為基的電子鐘上，顯示光束仍是30萬公里每秒。這就是光速不變的解釋。一艘飛船以光速向我們飛來，我們觀測到的就是他們的動作是凝固在到達光速的瞬間的，直到脫離光速。就象理論上到達絕對零度後，世上一切都絕對靜止了。 因為觀測系時間的改變而形成的所謂光速不變，似乎打破了牛頓定律，實際牛頓永存！只為任何人都無法從四維回觀三維，從結果來說，光速不變。 牛頓定律永存，無奈這個宇宙的極限是光速=299792458。

可以這麼簡單理解，根據光速不變原理，如果一顆恆星以極大的速度遠離地球，它發出的光的速度從任何角度看仍然為恆定的光速。結合我們生活實際，假設一輛行駛中的車開啟車燈，如果按照經典物理學，那麼車燈發射出來的光的速度不就是靜止光速加車速（也就是超光速）了嗎？顯然，這樣是不能疊加的，仍然是恆定的光速。

因為空間沒變。空間與時間同為世界。

世是時間，界是空間。

相同空間，不同的是境界，不一樣的境界心態，感覺時間的速度不一樣。

問題的關鍵是"理解"而不是測量。理解的方法要簡單和直觀。本人提供幾種方法供各位參考。

第一，根據愛因斯坦的質能方程，E=mC^2，在微觀世界中，一定質量的粒子，在特殊條件下，發生核反應，它釋放的總能量是一個定值。所以，光速為一個定值。

第二，選擇一個作勻速直線運動的物體參照物，並測出其正常運動速度，讓光和該物體同時同地點同環境下，作直線運動，測出相同的時間內，光和該物體透過的距離，用各自的距離和時間比值來比較，如果二者的比值相等，則光速是不變的，如果二者比值不等，則光速是變化的。

第三，我們可以用極限的觀念來理解光速，因為光速很快，在地球上任意二點之間傳播，可以認為不需要時間(每秒鐘繞地球轉7.5周)，例如，閃電。在很短的時間內，傳播很長的距離，中間的速度變化情況，在科學計算上，可以忽略不計，即光速是一個定值。

作參照，期待有更好的答案！

首先，光速不變是不可能的，是完全不符合客觀實際的。因為，在真空中，光僅相對於產生它的光源速度不變，而相對光源運動的觀測者會測量到不同的光速；在均勻介質中，光僅相對於介質（次生光源）本身速度不變，而相對於介質運動的觀測者也會測量到不同的光速。這是光行差常數和斐索流水實驗結果所證明了的；在非均勻介質中，光速度不變更是笑話了；

其次，理解光速與理解其他速度是一樣的：速度需要有特定的參照物；同一物體相對不同運動狀態的參照物的速度是不同的；速度遵循向量疊加原因；

再者，目前測量光速的方法多數是存在缺陷的，主要是所測量的物件光並非運動光源產生的光，而是相對測量裝置靜止的光源或次生光源（測量裝置中的反射鏡和半透鏡等均為次生光源，其產生的光之速度當然相對測量裝置是不變的）產生的光，其速度自然相對測量裝置是恆定不變的；

第四，本人設計了一種可直接測量不同運動狀態的光源產生的入射光的真實速度：利用兩顆相互通視的地球同步衛星在相對光源（太陽和其他天體）不同運動狀態時的基線法進行測量，詳見下文：