本文，將會追隨相對論的視角，首先來解讀愛因斯坦眼中的四維時空——其中時間與空間會有怎樣的特性。
然後，會介紹光速不變原理的形成過程——它是相對論的基礎假設，也是鐘慢尺縮效應的底層邏輯。
最後，還會從三個不同的角度層面，來論述理解——光速為何不變。
主題目錄如下：
四維時空光速不變原理從不同角度看光速不變四維時空在狹義相對論中，宇宙模型是一個四維時空，即：三維空間加上一個一維時間。在此我們可看到，空間有三個自由度，而時間只有一個自由度。
而愛因斯坦思維的飛躍性就在於：他認為在四維時空裡，宇宙的一切事物都以一個固定的速度在運動，即光速。因此，他把這個想法稱之為——光速不變性，即反映光速不變的特性。
愛因斯坦曾今，一度想把相對論命名為——“不變論”。
那麼，要理解四維時空的光速不變性，就要從時間與空間兩個角度分別來看，然後再合起來看兩者的關聯，最後才能感知光速不變性的意義。
首先看空間在空間中有速度，並且任何一個方向上的速度，都可以分解成三個空間維度上的分速度。也就說，在空間裡，速度可以在三個維度之間分解與合成，不同的形式是等價的。
例如，在三維空間中，任意方向的速度，都可以分解成，XYZ軸方向的三個速度。而空間速度的意義，其實就是在三個軸上的運動快慢。
然後看時間那麼，在時間維度中有速度嗎？
顯然是有的，這就是時間流逝的快慢，這對應了空間裡運動的快慢，即：流逝快慢對應運動快慢。
而不同之處就在於，空間速度有三個維度，時間速度只有一個維度。
接著看時空既然時空是一個整體，且三維中的速度可以分解與合成，而時間維度也有一個速度，那麼在四維時空裡，空間速度與時間速度，可以互相分解與合成嗎？
愛因斯坦認為，是可以的，並且在四維時空裡，合速度的上限，就是光速——這就是光速在四維時空裡的不變性。
這也就是說，當一個物體，在空間中（相對）靜止的時候，此時它的空間速度就是0，時間速度就是光速；那麼，如果物體的空間速度越來越快，它的時間速度就會越來越慢，但合速度始終保持是光速；最後，如果物體的空間速度抵達光速，它的時間速度就是0。
由此得出的，就是狹相的結論，即：相對速度越快（空間速度越快），時間越慢（時間速度越慢），如果相對速度抵達光速（空間速度抵達光速），那麼時間靜止（時間速度為0），相反如果相對靜止（空間速度為0），那麼時間速度就會是光速。
例如，光子就是空間速度為光速，時間速度為0，而相對靜止的物體，就是空間速度為0，時間速度為光速。
可見，這個模型建立的前提，就是光速是速度的極限。
理解時間速度時間速度為0，很好理解，就是時間不再變化，結合前文論述，也就是物質不再變化。
那麼，時間速度為光速是什麼意思呢？
從具象的想象來看，就是鐘錶指標旋轉的速度是光速，或有個物體的運動（如鐘擺、光子）計量了時間，而這個物體的運動速度是光速。
從物質變化角度來看，如果時間速度為光速，其實就是物質變化為光速，即：物質內部存在一個變化量為光速（這裡光速代表的是一個數值），而這可以有兩種形式：
第一，變化量從0到光速。第二，變化量從光速到0。那麼對應到現實，我們看到物質（衰變）輻射出光子的過程，就會在物質內部存在「空間速度從0到光速」且「時間速度從光速到0」的變化。
因為，物質內部減少的品質轉變成了光子，於是品質的空間速度——就從0跳變成了光子（空間速度）的光速，而空間速度與時間速度是對應的（即合速度是光速），所以品質的時間速度——必然就是從光速跳變成了光子（時間速度）的0。
由此可見，品質轉變成光子的過程——就可以理解為相對靜止的時間速度，即：時間速度為光速，也就是物質存在光速變化量。而時間速度，其實也是一種運動，這就像空間速度是一種運動一樣。
最後，我們發現物質變化，其實就是「品質到光子」即「品質到能量」的轉化。而光子沒有品質，只有能量，且時間靜止，這說明了——品質擁有時間，能量沒有時間，品質到能量的轉化，即是時間的方向。
光速不變原理事實上，鐘慢和尺縮效應——是狹義相對論的直接推論和預言，而狹義相對論的基本出發點之一，就是光速不變原理——也就是說，狹義相對論直接使用了這個結論。
光速不變原理——是指無論在何種慣性系中觀察，光在真空中的傳播速度都是同一個常數，不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。
這很有意思，通俗的來說，就是無論你以什麼樣的速度，追著光運動，相對於你來說，光速始終都是同一個常數。這是不符合巨集觀速度向量疊加原理的，也就是說，如果你以99.999999%的光速追趕光，在你看來，光依然以光速遠離你——這個光速依然是同一個常數。
那麼，如果你抵達了光速，光會相對於你靜止嗎？光會像波又像粒子一樣，懸停在你的面前嗎？
很可惜，狹義相對論認為，有品質物體，是永遠無法抵達光速的。
歷史上，光速是一個常數，是由麥克斯韋方程組得到波動方程，然後求解出的結果。但這個光速是相對於一個靜止的參考系的，即假想中的以太。
以太——是人們曾經認為的，在宇宙空間中充滿的一種看不見摸不著的物質，即空間介質。
接著，邁克爾孫-莫雷實驗證實——以太這種物質不存在，因為測量不到地球相對於以太參考系的運動速度。
但洛倫茲，相信以太還是存在的，他提出了長度收縮假說和洛倫茲變換，即引入了洛倫茲因子（又稱相對論因子），來說明以太可以運動，即長度可以收縮，從而抵消了光速在不同參考系觀察下的速度差，以符合邁克爾孫-莫雷實驗的結果——光速不變，但又讓以太存可以在。並且洛倫茲認為洛倫茲因子，並沒有物理意義，只是純數學的處理。
再接下來，愛因斯坦根據洛倫茲變換，提出了狹義相對論。並且，他認為以太不存在，且光速不變，那麼只有假定光速相對於任何慣性系都不變，同時洛倫茲因子本來代表的——以太的收縮，就被轉移到運動的物體上。
同時，我們也可以看出，洛倫茲變換，並不能證明光速不變，反而洛倫茲變換是假定光速不變，才被推匯出來的，接著鐘慢和尺縮又被洛倫茲變換推匯出來。
所以，能夠證明洛倫茲變換、鐘慢和尺縮的就是——光速不變原理。
然而，光速不變原理——只是一個基本假設，即公理，只能由實驗保證，而實驗至今也一直守護著它。
從不同角度看光速不變第一，光在不同介質裡的速度不同。
這可以從波粒二象性，兩個角度來解讀：
從粒子角度來說，是介質吸收了光子，發射出了新的光子，光子速度不變，且光子量子態全同前後沒有區別，但發射和吸收有延遲。從波角度來說，是介質裡的粒子被擾動產生電磁波，於是產生了光波的疊加，造成光波的相速度變慢（相速度無法傳遞資訊），但波前速度依然不變。第二，資訊傳遞不能超光速。
如果與光速物體同向運動，光速物體的資訊無法超越光速，傳遞到非光速物體，因此非光速物體無法計算，光速物體相對於自己的速度——“只得”假定其依然是光速。如果與光速物體相向運動，光速物體的資訊無法超光速，傳遞到非光速物體，因此非光速物體計算光速物體，相對於自己的速度，最多是光速。第三，量子場論認為，宇宙中充滿了場與能量，並且光子就是電磁場的量化激發。
所以，光子光速的傳播其實是在場中發生的，因此光速是相對於場，而不是光源的——這就解釋了光速相對於光源運動的不變性，而“場”就可以看成是光的“介質”。
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