1.光速不變原理的提出

愛因斯坦1905年9月發表在德國《物理學年鑑》上的那篇著名的相對論論文《論動體的電動力學》，提到光速問題的話有四段：

“光在空虛空間裡總是以一確定的速度V傳播著，這速度同發射體的運動狀態無關。”“下面的考慮是以相對性原理和光速不變原理為依據的，這兩條原理我們定義如下：1. 物理體系的狀態據以變化的定律，同描述這些狀態變化時所參照的座標系究竟是兩個在互相勻速平行移動著的座標系中的哪一個並無關係。2. 任何光線在‘靜止的’座標系中都是以確定的速度V運動著，不管這道光線是由靜止的還是運動的物體發射出來的。”“對於大於光速的速度，我們的討論就變得毫無疑義了；在以後的討論中，我們會發現，光速在我們的物理理論中扮演著無限大速度的角色。”“由此，當υ=V時,W就變成無限大。正像我們以前的結果一樣，超光速的速度沒有存在的可能。”（《愛因斯坦奇蹟年━━改變物理學面貌的五篇論文》[美] 約翰·施塔赫爾主編，範岱年、許良英譯，上海科技教育出版社2001年版 第97━98頁，第100━101頁，第109頁，第127頁。）2.光速不變原理的推導過程光速不變第四解為質速解，此解從質速關係得來。愛因斯坦質速關係式：m=m0/√1-υ2/c2(m為運動質量,m0為靜止質量，υ為物體運動速度,c為光速）說明：物體以遠低於光速的速度（人體尺度下）運動時，質量變化不明顯，增加的質量忽略不計，可認為質量不變，以經典力學規律足可以應付計算需要。但接近光速運動時，物體質量增加較多，隨著向光速的靠近，質量趨向無限大。大小兩極相通，質量無限大因兩極同一又為無限小，質量無限小可視為零，因此光子無靜止質量。光作為極限物，大小同一，動靜也同一，無靜止質量即為無運動質量。從質速關係式也可得m0=0時,m=0,υ=c時，此公式不成立。有人認為沒有質量怎會有能量？須知電磁場為能量場，光量子又是能量子，因光子無質量，任一能量值在與質量對比時都為無限大，因無質量，運動中也不消耗能量，除傳遞能量給其它物體外，光子能量足以保持其速度不變。光子無質量為知性所不容，人們到處尋找有質量的根據。有人認為光有光壓為有質量表現，但不知光壓乃光電效應表現，是光量子、光能轉化為電能的表現。也有人引愛因斯坦質能公式：E=mc^2(E為能量,m為慣性質量,c為光速），認為有質量才有能量，這就和前述質速公式衝突，這種衝突說明光作為極限物，獨立於兩式之外。我們根據另一能量公式：E=hν(E為能量、n為普朗克常數、ν為光頻率）可計算出一定頻率光之光子能量，使m=hν/c2推導光子潛質量。注意，這裡指的是一定能量必對應一定質量，但對光子而言這只是其潛在質量而非實在質量，這就是實驗中找不到有質量的光子的原因，潛在質量只說明可以轉變為多少質量。如按經典力學觀點非認定光有質量，電磁場有質量，真空作為光量子場就要表現出巨大質量，一切有光的場所也會有沉重的質量壓力，含有電磁場的粒子質量都需加倍，引力定律還會使真空形變。推理繼續，光越強，質量越大，引力越大，恆星都變成了黑洞，豈不荒謬！電磁場為能量場，引力場為質量場，二者進一步同一才將潛在的質能關係揚棄為真實關係，這卻不是本篇所論之題。還有人以光線在引力場中彎曲來證光有質量，有質量的東西才受引力吸引。我們知道，能量為斥力，不受引力作用影響，至於為何會彎曲，以後自會了解。電磁場有能量而無質量，引力場有質量而無能量，實物處二者間而兼有之，我們需再走一段才能真正瞭解它們。光速不變的第五解為時空解，時空解源自愛因斯坦相對論。相對論告訴我們，物體高速運動時會發生“尺短鐘慢”的現象，這種現象在低速運動中變化極小，可按牛頓力學定律視其無變化，但在高速中變化明顯。如沿運動方向取1米的標尺，以地球時間1秒計算，每秒速度在3萬公里時,1米為0.995米,1秒為1.01秒；在15萬公里時,1米為0.866米,1秒為1.15秒；在29.7萬公里時,1米為0.141米,1秒為7.1秒；在29.99萬公里時,1米為0.02米,1秒為50秒。當物體運動速度達到光速時，物體沿空間方向的尺度會縮短為零，時間會慢到停止。“尺短鐘慢”效應說明空間和時間是隨物質運動速度的變化而變化的，它適用於一切物質，包括光。光速下，時鐘停擺，零時間意味著光在傳播過程中不消耗時間。空間是物質的延展性，時間是物質變化的連續性或延展性。沒有時間就意味著物質靜止不變，保持原狀，所以光速不變。零時空雖是合理推論，是自然現象、自然法則，也為知性形而上學所不容。更有一部分人認為運動是絕對的，靜止時相對的，不但把運動與靜止相割裂和對立，且把本應一併使用的對應範疇——相對與絕對分贈不同事物，在形而上學中也淪落到低層次。辯證法認為有無同一。零時空並不意味著真的一無所有，而是說我們無法測量這時空。無數光量子溶為一體，共同構成大統一場，不分彼此，此光即彼光，因為你無法分離出單個的光量子，你也就無法給定某個量子以特定的空間和時間。這一現象與經濟學中全民所有疑難類同：生產資料歸全體人民所有，每個人都擁有生產資料，這只是象徵性的；每個人又不擁有生產資料，這是實際性的，無法確定哪些生產資料是某個人的，結果無產階級仍是無產階級。世風日下情況下，私心膨脹，就變成你的也是我的，不拿白不拿，大家都拿，拿大家的。人類生活領域比起這宇宙來，渺如塵沙，不值一提。人長期生存於人體尺度領域中，其生活經驗及認識侷限於此，這個世界的兩極——極大和極小都在我們世界之外。如果不是近代人類面臨生存危機，迫使我們跨入兩極神秘之域，尋求新的生存空間，我們將永不能理解老子及黑格爾的辯證思想。3. 相關證明3.1原理光速不變原理：無論在何種慣性系（慣性參照系）中觀察，光在真空中的傳播速度都是一個常數，都為299792.458公里/秒。3.2事實證明光速不變的四項事實。1) 恆星光行差。2) 恆星都是一個一個的小圓點。3) 恆星都靜止。4) 太Sunny邁克爾遜——莫雷實驗。

3.3證明方法

任意恆星光行差都長期保持不變，證明：光行差不隨時間變化，所以光速也不隨時間變化。所有恆星的光行差都為20.5″角距，證明：所有恆星的光速都相同。《系統分析恆星光行差》中已經詳細論證了“光速不變”，所以不再重複。恆星都是一個一個的小圓點，證明：任意一個恆星的所有的光線的光速都相同，即沒有不同光速的光線。因為沒有任何光速‘變化’的現象，所以只有採用‘反證法’。設：某恆星發來兩種光速的光線；光速為c的光線，用c表示；光速為C的光線，用C表示；光速c>C因為c和C都是連續的，所以觀測者能夠同時接收到c和C；但觀測者同時接收到的c和C,必然不是同時從恆星發出的。因此設：c發出的時刻為零；C發出的時刻為t；恆星零時刻的位置為A；t時刻的位置為B；因恆星週日視運動角速度ω=15.0411″/秒，所以A、B之間的角距φ=ωt再設：φ=10′（太陽直徑的1/3)；恆星距離L=30光年。則：t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40（秒）c傳播的時間T1=L/c=30（年）≈86400×365=946080000（秒）C傳播的時間T2=L/C據題意知：T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040（秒）所以：C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987（公里/秒）即：如果φ=10′，則c－C=300000－299999.987=0.013（公里/秒）=13（米/秒）也就是說：如果兩條光線的光速差為13米/秒，則這顆距離為30光年的恆星，就同時在角距為10′的A和B兩個位置上。光速連續比間斷變化的可能性大得多，如果恆星光速是在C和c的範圍內連續變化的，則看起來，該恆星應該是：長度為10′角距的線段。因為從未看到過：恆星具有多個位置和任何拉長的現象，所以結論正確。恆星都靜止，證明：所有恆星的光速都不隨時間變化，都始終恆為常數c不變。這是因為如果光速不斷變化，則看起來恆星必然是運動的。證明方法與上述類似，不再重複。太Sunny邁克爾遜——莫雷實驗證明：太Sunny的光速不變。邁克爾遜——莫雷實驗的依據是：光速=波長×頻率光波長和頻率都是根據光干涉條紋確定的。根據‘楊氏雙縫干涉實驗’干涉條紋之間的間距，能夠獨立推算出‘光波長’，自然可確定‘光頻率’。這樣推算確定的光波長和頻率的乘積為常數，即不同顏色光的波長和頻率的乘積相等；而且乘積數值等於檢測的‘光速值’；從而充分證明：‘光速=波長×頻率’成立。邁克爾遜和莫雷透過長期多次分別檢測，來自不同方向的Sunny的光速，充分證明：Sunny的光速不變。

星系之間的光速界定

目前地球公認的真空光速定義值：c0=299792458m/s，是目前人類所發現的自然界物體運動的最大速度。光速如果作為“名詞”它是恆定的，如果單出的定義光的傳播速度則是不一定的，光的傳播速度受到介質的影響，各天體之間的介質又有所不同，所以，光的傳播速度也會不同。所以，具體數值定會有所變化。

什麼是光速

光速是指光波或電磁波在真空或介質中的傳播速度。真空中的光速是目前所發現的自然界物體運動的最大速度。

光速與觀測者相對於光源的運動速度無關，即相對於光源靜止和運動的慣性系中測到的光速是相同的。物體的質量還跟它運動的速度有關（前提是物體的速度要相當大，能跟光速能比較，比如說是四分一的光速），物體的質量將隨著速度的增大而增大，當物體的速度接近光速時，它的質量將趨於無窮大，所以有質量的物體達到光速是不可能的。只有靜止質量為零的光子，才始終以光速運動著。光速與任何速度疊加，得到的仍然是光速。速度的合成不遵從經典力學的法則，而遵從相對論的速度合成法則。

光的傳播速度與介質有關

真空光速定義值：c0=299792458m/s，但是真空中的光速是一個物理常數（符號是c），等於299，792，458m/s。注：光速的方向不恆定。如果在光執行時施加力，那麼光的方向進而速度向量會產生一定的改變。

光速計算值：c0=299792.458km/s （一般取300000km/s）

令

，

且設v是靜止介質中的光速，u是介質的運動速度，v"是所要求得的運動介質中的光速。

光在不同介質中的速度不同，由於光是電磁波，因此光速也就依賴於介質的介電常數和磁導率。

光在玻璃中的速度：光在酒精中的速度：光在水中的速度：光在冰中的速度：光在真空中的速度：

2011年發生過一個有趣的事情：2011年9月，歐洲研究人員發現了一個無法解釋的現象——比光速快60納秒的中微子。一旦被證實，將顛覆支撐現代物理學的相對論。後來，歐洲核子中心已得到證實，該實驗結論是實驗電纜出錯造成的，並沒有顛覆相對論。

在狹義相對論中，光速不變，但在廣義相對論中又提出了時空彎曲，既而光線彎曲。

若是按照狹義相對論來說，每個星系中的光速是不變的，若是按照廣義相對論來說，光子在彎曲的空間傳播，那麼他的速度是增加了還是減小了呢？

上圖，B和D是同一個光源，C是觀測點，因為每個星系的天體質量都不一樣，造成的空間彎曲程度也不一樣。在太陽系中光線的偏折角度大概在1.75左右，但在其他星系就不一定了，也許會更大。不過光子沒有靜止質量，即使空間彎曲，只是觀測點對於光源的位置發生了變化，光速還是不變的。

真空中的光速，通常以c來表示，是一個在許多物理領域都十分重要的物理常數。其確切值為299792458米每秒（約等於3×10^8m/s）。這是一個確切的值，根據國際協議，米被定義為光在真空中以1/299792458秒的時間間隔行駛的路徑長度。

那在不同星系裡，光速相同嗎？答案是肯定的，根據愛因斯坦的狹義相對論，光速是物質和資訊傳播速度的上限，同時也是所有無質量粒子和場在真空中傳播的速度，包括電磁輻射和引力波，以光速傳播的粒子，其速度與參考系的選取無關。另外，在狹義和廣義相對論中，光速與時間和空間相關聯，當然還有著名的質能方程E=mc^2.

最早人們認為光傳播都是瞬間完成的，直到1676年，丹麥天文學家奧利·羅默透過研究木星衛星木衛一的表面運動，首次證明了光以有限的速度（而不是瞬間）傳播；1865年，詹姆斯·麥克斯韋提出光是一種電磁波，因此以電磁學理論中出現的速度c傳播；1905年，愛因斯坦假定光速c相對於任何慣性系都是常數，與光源的運動無關，他透過推導相對論來探討這一假設的後果，並以此證明引數c在光和電磁學背景之外具有相關性。

總之，經過幾個世紀越來越精確的測量，1975年認定光速為299792458 m/s，其測量不確定度為每十億分之四。

圖為愛因斯坦與洛倫玆。

您這個問題問得非同凡響!是的，不同的磁場它的傳導磁振盪的速度是不一樣的。如同聲波在空氣中一樣，空氣密度的差異，也會影響聲音傳播速度。前提是你同意“穩定有迴路的磁場是以磁振盪為傳播能量的媒介質。”這種認識。