光速不變原理指的是光的單向速度相對於任何慣性系中的觀察者來說都是不變的，與光源的運動狀態無關，也就是說不存在優越的參考系。為了更好地回答問題，咱先把光速不變原理的來龍去脈和我個人的一點心得作一簡介，

光速不變的結論是聯立求解麥克斯韋方程組得到的，得出c=1/√εμ，其中ε和μ分別是真空介電常數和磁導率，都是常數。但當時麥克斯韋的電磁理論是納入經典物理體系的，所以在這一點上不符合伽利略相對性原理的速度相加定理。經典物理的核心就是絕對時空觀，即認為宇宙中存在絕對靜止的參考系，那就是所謂的“以太”。並以此來證明光速不變原理的錯誤。但1887年的邁克耳遜――莫雷干涉實驗卻證明了空間中沒有“以太”，可是十九世紀末和二十世紀初的大多數科學家們並不願接受這個結果。只有少數科學家承認了這個結果，但也只是由絕對空間觀轉變為相對空間觀，仍然認為相對性原理並不適用於電動力學，因為光速不變原理不符合速度相加定理。說到底還是沒法證明光速不變。

愛因斯坦認真研究了麥克斯韋的電磁理論，特別是經過赫茲和洛侖茲發展和闡述的電動力學，他認為這個理論是正確的，光速不變原理是正確的。但他又認為相對性原理應該是宇宙中普遍性原理，不應該只適用於力學，電動力學也應該適用。後來他接受了馬赫的相對時空觀後豁然開朗，他認為伽利略相對性原理只是建立在相對空間觀上的，並沒有把時間考慮進去，認為時間是絕對的，所以是個不完善的原理。愛因斯坦從“時間的同時性也是相對的”這一認識作為突破，將相對性原理建立在相對時空觀上，正因為空間和時間都是相對的，光速才有可能保持不變，這個不變可能正是滿足相對性原理的表現，所以他把光速不變大膽假設為一個原理。並把相對性原理推廣到除引力定律外的所有物理定律，兩大原理結合創立了狹義相對論，也從此確立了相對時空觀。不過光速不變原理是個假設，儘管已經無數次證明了它的正確，但至今仍不斷驗證。

以上就是光速不變原理的來源歷史和我的一些分析，下面我來談談自己對光速不變原理的看法，不一定正確，僅供參考。光速不變原理和相對性原理表面看是牴觸的，但實際上兩大原理有著深層次互通，光及光速和宇宙時空有著不可分割的深層次聯絡，趕走了“以太”是為拋棄絕對時空觀，證明不存在絕對優越的參考系。所以人們認為光的傳播不需要任何介質，光在真空中傳播似乎就證明了這一點。隨著愛因斯坦廣義相對論的建立，愛因斯坦認同笛卡爾的觀點，即一無所有的空間是不存在的，空間裡充滿了場物質，場作為空間結構性質存在，一句話，時空就是場，與其說光在真空中傳播不需要介質，不如說真空就是“介質”。大家注意這個“介質”可不是絕對靜止的“以太”，這個介質就是時空本身，時空是一種物質，光有可能就是時空的一種奇異性質和振盪，運動是物體在時空的運動，物體在時空中運動怎麼能超出時空？超不過時空就超不過光。時空對於每一個慣性系都是公平的，因為時空是運動產生的，而每一個慣性系對應著一種運動，不同的運動產生不同的時空，這也是宇宙具有相對性的原因。所以對於每一個慣性系光速是不變的。

回到問題本身，你可以這樣來理解光速不變原理：就是你不管對於某一慣性系速度有多大，即使超過30萬公里/秒（不過這是不可能的，這只是打個比方，能夠明白說清楚。）了，光對於你來說還是光速。我對這個光速不變原理的理解就是：你可以不斷提高速度，但就是追不上光速和光。你可以假想相對靜止慣性系任一速度的慣性系，光對於這個慣性系來說仍然是光速。根據這些認識，就會輕易地回答題目描述中的問題，列車在正前方以速度C離開（怎麼達到C速度咱們不管它，實際上根本達不到），我們開啟燈照向列車，列車和光線的方向一致，問我們能不能看到火車？列車上的人能不能看到光？光對於以C速度運動的列車來說仍然是光速，也就是說光瞬間到達列車，所以列車上的人瞬間就看到光了。光速不變原理告訴我們，光速與光源的運動狀態無關，即使列車以C速度運動，它發出的光線對於靜止在車站的我們來說仍然是光速，這些光線瞬間射向我們眼晴，我們當然能看到火車。至不過我們看到的列車是這樣的：至此，我的回答完畢，謝謝。

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。

光速不變有兩種原因，一個是光是波，一個是光是變化電磁場。

波是由物體震盪產生的，產生波的物體稱為震源或波源。波脫離震源後就獨立存在了，它的傳播速度不再受震源運動所影響。水波聲波傳播需要介質，傳播速度受介質影響。在相同介質裡傳播，速度不變。

光是波就具有波的性質，並且光的傳播不需要介質。光生成就脫離光源獨立存在了，不受光源運動影響，所以光速不變。

光的傳播不需要介質，光在任何透明物質中傳播速度都不變，光在水和玻璃中傳播仍然是真空中光速C。不要把水和玻璃叫做介質，叫做透明物質比較恰當。

光是電磁波，但不是交替變化電磁場，而是同時出現的變化電磁場。光速就是電磁場變化速度，永恆不變。沒有任何辦法可以改變光速。

愛因斯坦理解不了光速不變的本質，就用時空去湊合，有人戲稱相對論的本質是“光速不變時空湊”。

光速不變分三部分，

第一同媒介內光速不變。不用多說。黑洞不是單一媒介，力場作用下的媒介是有變化的媒介。

第二，光速和光源速度無關，這裡說的是光源不是光，光子光媒不是光，只有光波和光能被眼睛或感測感應到的轉移運算才是這裡表達的光！

第三，任何慣性系中觀測到的光速不變。即 視覺或感測器 接收到的光訊號段瞬間時的位置 與 被接收到的光訊號段 的 被光媒折射向視覺或感測器 的發生瞬間的位置 之間距離不應該被運動欺騙。

最後與光a同步同速同向或超光a速飛行看不見光a。即使光a與視覺接收位置同點同步起飛。這個道理和地球壓在我們腳下，卻感覺不到地球質量，並且我們連自身體重都時常忽視是一個道理。

別人說了I秒鐘內不變，沒說10億年後不變，道理很簡單，汽車地鎊稱稱不出1克重量的變化，同樣，你能測出飛機I飛秒內的變化嗎？不要死讀書。

我認為最好最簡單的理解就是，人們常規認知裡面的物理背景模板是空間與時間，這樣的話其它一切物體不管是運動也好，變化也好，其根本參照物都是空間與時間。但其實不是這樣，真正的物理背景模板應該是真空光速，它就是這個宇宙的基本物理背景模板，其它的一切運動，都是參照它，包括空間和時間。你把光速的地位，帶入你常識裡面空間與時間的地位，就容易想通了。

一束光能跑多遠？需不需要動力？就像太陽的光從它一離開太陽就是每秒三十萬千米嗎？他能跑多遠？總有個終點吧？那它跑到盡頭時速度是多少？

光（或者能量）的運動是宇宙中一切運動和物質的基礎。光在宇宙真空（即不受干擾下）中始終沿直線（或稱整個宇宙大圓軌跡）運動。其他物質的運動其實是能量的螺旋曲線運動。當然，無論真空中的光還是物質中的能量，或者不同媒質中的光，它們的瞬時速度都相等，為光速“c”。那為什麼看起來真空光速快而其他速度慢？真空光速是最大宇宙速度呢？因為在宇宙中兩點位置間直線路程最短，真空中光始終保持直線運動所以最短（平均速度最快）；而其他物質運動因軌跡曲折實際路程長，所需時間長（平均速度慢）。

再看，運動物質上發光的情況，光一旦發出，則這光就不再沿著物質的曲折軌跡前進，而是從釋放點到終點以直線運動，這時光的運動當然平均速度也就等於光速“c”了。因此任何觀察者看到的光速都是“c”——光速不變。光在發出前本身的瞬時速度就是“c”，只是路徑螺旋曲折，現在釋放後路徑改為直線，但瞬時速度沒變還是“c”，因此沒有加/減速過程。

總結一下，光速不變是指光的瞬時速度不變，光因實際運動軌跡是直線還是曲線而平均速度會變，另外光的波長或者頻率也可以隨著所經過的環境改變，但光的瞬時速度依然不變。

，早晚得關張。

知道子彈速度不變不？所謂“子彈速度不變”就是說，不管你是向前走著射擊還是原地站著射擊亦或是向後退著射擊，子彈飛速度都不變。知道這是為什麼不？考慮下作用時間，考慮下向前、站著還是後退，槍托對你產生後坐力的差別吧，你會像投手榴彈一樣，為了增加子彈飛速度而向前跑著射擊嗎？在戰場上，無論你向哪個方向走著，空中無論從那個方向飛來的子彈速度都是一樣的。想明白了嗎？好！光速不變也是這個道理。