很多人应该都知道，爱因斯坦的狭义相对论是建立在两个假设基础上提出来的，这两大假设分别是：光速不变原理和狭义相对性原理。

何为光速不变？并不是指光速在真空中的速度保持每秒30万公里不变，而是在任何参照系下，任何运动状态下观察到真空中的光速，都是每秒30万公里。这就意味着，即便你以0.99倍光速追赶一束光，这束光在你眼里仍旧以光速飞行！

光速不变意味着光速是绝对的，是一个常数。刚才说了，光速不变原理其实只是爱因斯坦的一个假设，也可以认为是公理，无需证明，也没有办法最终证明。就像“两点之间，线段最短”一样，同样是公理，也没有办法最终证明。

公理可以根据人们的日常生活经验总结出来，比如说上面的“两点之间，线段最短”。不符合人们日常生活经验也没关系，毕竟我们生活在如此狭小的空间里，生活经验总是有局限性的，这时候只需要符合实验观测结果就行，比如说“光速不变原理”就是如此，这个原理并不符合人们日常生活经验，毕竟光速与任何其他速度叠加之后，仍旧是光速，违背了我们经常所用的速度叠加计算，但光速不变原理符合实验观测结果。

光速不变原理已经成为现代物理学大厦的根本原理之一，因为现代物理学大厦的基石有两个，分别是相对论和量子力学，分别统治了宏观世界和微观世界。而光速不变原理又是狭义相对论的基本假设之一。

所以，如果光速不变原理被证明是错的，也就是光速是可变的，是相对的，结果就会像多米骨牌效应那样，倒下的不仅仅是光速不变，毫不夸张地说，人类整个物理学大厦都会轰然倒塌，直接倒退到四百多年前，倒退回伽利略之前的时代。

为什么一个简单的“光速不变原理”的影响力如此之大？因为这个简单的原理其实牵扯到光的本质，甚至是的本质，而纵观人类整个科学发展史，其实就是对光本质的探索史，这样说一点也不夸张。

光速，不仅仅是一个速度，更是人类掌握时间和空间，能量和信息的一把绝好钥匙。

一切还要从麦克斯韦创建的电磁理论说起。

19世纪，牛顿之后的又一位物理学大佬麦克斯韦统一了电磁学，创建了麦克斯韦方程组，堪称人类历史上最伟大最优美的方程，甚至没有之一，仅仅用四个优美的方程就描述了所有的电磁现象。

变化的电场可以产生磁场，而变化的磁同样可以产生电，就这样两者相互相生缠绕在一起，直到永远，也就是我们通常所说的电磁波，而光就是一种电磁波，我们通常所说的光默认指可见光。

通过麦克斯韦方程组可以求解出电磁波的速度，这本来是好事，可以让人类知道电磁波的传播到底有多快。但谁都没有想到，求解的结果竟然轰动了当时整个物理学界，让原本已经差不多建成的物理学大厦开始变得摇摇欲坠！

到底是什么样的结果，能引发如此大的轰动效应呢？

麦克斯韦方程组推导出的光速竟然是一个常数！这个常数只与真空的磁导率和介电常数有关，与其他任何因素都没有关系。

你可能还没有回过神来：常数就常数呗，这有什么关系呢？

关系大了去了！

回忆一下我们初中高中物理关于速度的定义和计算，你就会明白，任何速度都是相对的，都需要有参照系才有意义，而且两个速度可以叠加，这就是相对速度的计算。

举个例子，我静止在地面上，你和你朋友驾驶一辆小汽车行驶在大街上，在我眼里，你的速度很快，但在你朋友眼里，你的速度一点也不快，因为你是静止的，速度为零。

再举个例子，假设你和我分别以每秒5米的速度反向奔跑，那么我们之间的相对速度就是每秒10米。

这两个例子都很好理解，甚至小学数学水平就能理解。这两个例子也告诉了我们：任何速度都是相对某个参照系而言的，否则就没有意义。

但是，电磁波的速度，也就是光速是相对于什么参照物呢？

刚才说了，麦克斯韦方程组推导出来的光速计算公式中，光速是一个常数，并没有任何参照系。当时的物理学界大佬看到这个结果，一下就慌了，一时间他们也不知道怎么办才好。

但秉承着“大胆假设，小心求证”的科学理念，物理学界大佬开始进行各种假设，然后通过实验进行论证。

麦克斯韦的电磁理论表明，光也是一种电磁波，而只要提到波，我们很容易就会想到水波，水波是有介质的，介质就是水。那么电磁波是否同样有介质呢？

让我们一起想一下水波的传播过程。随便捡起一块石头扔到池塘中，以石头落水点为中心就会形成水波，逐渐向四周扩散，最终水波扩散到了四周岸边。而到达岸边的水波并不是中心的水造成的，而是岸边的水造成的，因为水只是传播的介质，并不是传播的物质，水这种介质只会上下振动。

再举个例子，在大街上，你看到远处有一个好久不见的朋友，于是你朝着他大喊，你朋友接收到的声音信息是通过空气振动产生的声波，并不是你嗷一嗓子把你旁边的空气吹到你朋友耳边了。

既然水波和声波都有相应的介质，物理学界大佬自然认为光也是有介质的，毕竟光也是电磁波。而物理学家们也给光的介质起了一个名字：以太，并认定光波的参照物就是以太。

物理学家们认为，以太充满了宇宙每个角落。但这里就会出现一个问题，如果以太果真遍布全宇宙，意味着以太与空间是平权的，于是以太就处于一种绝对静止的状态了。

那么，宇宙万物要想保持绝对静止就很容易了，只需要相对以静止就可以了。果真如此的话，发展了几百年的近现代物理学将会彻底崩盘，重新回到伽利略之前的时代了。

为什么？

因为伽利略早在几百年前就提出了相对性原理，说白了，静止和匀速直线运动其实是等价的，物理定律的表现形式都是相同的。如果你身处一个完全密闭的箱子里，箱子做匀速直线运动，无论如何你都不可能知道箱子到底是在静止的还是匀速直线运动，因为两者是等价的。

而如果宇宙万物可以通过“相对以太静止的方式”保持绝对静止的状态，那么静止和匀速直线运动就不再是等价的了。

举个例子，你身处一艘匀速直线运动的船里面，你完全看不到船外面的风景。这时候你打开手电筒，手电筒的光非常四周。如果光和船都是相对以太运动的，那么光与船之间就会产生相对速度。这时候如果你发现光在不同的方向的速度不一样，就能证明你一定是在船上，而不是站在岸边静止不动。

这样的结果显然意味着伽利略的相对性原理完全废废了。而相对性原理不但是牛顿力学的基础，也是爱因斯坦的相对论的基本前提，所以同样意味着牛顿力学体系和相对论都废了！

当时的物理学界大佬当然不能接受这样残酷的事实，正在物理学家们一筹莫展的时候，具有颠覆性思维的爱因斯坦给出了这样的观点：既然麦克斯韦方程组已经表明光速就是一个常数，与参照系无关，为什么非要给光速强加一个参照系呢？本来以太的概念就是假设的，况且也没有哪条大自然法则表明光速一定需要参照系。如果光速就是绝对的，不需要任何介质和参照系，一切问题不都迎刃而解了吗？

于是秉承着“如无必要勿增实体”的理念，爱因斯坦拿着“奥卡姆剃刀”一下就把“以太”这个假设的概念咔嚓掉了，然后在光速不变原理和相对性原理的基础上，提出了伟大的狭义相对论。

爱因斯坦之所以敢“冒天下之大不韪”把主流物理学界提出的以太概念直接咔嚓掉，首先是麦克斯韦方程组给了他灵感，还有其实迈克尔逊莫雷实验，包括其他类似实验已经证明以太确实不存在了，当然就没必要非得用以太这个假设的概念了。

当然，当时并不只有爱因斯坦留意到“光速是一个常数”这个结果了，而迈克尔逊莫雷的实验结果也是公开的，大家都知道，为什么只有爱因斯坦如此“大胆”，直接把以太给否定了呢？

实际上，这样的疑问只是我们站在当今社会的视角去衡量一百多年前的时代，在我们如今看来，任何一个人都应该站出来直接把以太的概念否定了。但是我们忘了，任何一个时代都有局限性的，任何人都很难突破这种局限性。

最主要的是，牛顿经典力学已经统治了整个物理学界两百多年了，可以说“上天入地，无所不能”，早就被物理学界大佬视为“神明”了，如果以太被否定的话，将意味着牛顿经典力学轰然倒塌，这是当时的物理学界无论如何都不能接受的，因为当时的物理学界都坚信以牛顿经典力学和麦克斯韦理论为基础的物理学大厦基本建成了，剩下的只需要小修小补就可以了。

哪知道光速这个“坏蛋”就这样横在牛顿经典力学和麦克斯韦方程组之间，让物理学界大佬左右为难。牛顿经典力学足够伟大，在当时物理学界的地位可谓是独一档的，但是麦克斯韦方程组也是如此优美，物理学家们同样不敢得罪。

怎么办？绝大多数物理学家只能在牛顿经典力学和麦克斯韦方程组之间左右逢源，试图通过各种方式调和两者之间的矛盾，但本质上都倾向于牛顿经典力学，因为他们始终不肯放弃绝对时空观。

只有爱因斯坦足够大胆，他抛弃了绝对时空观思想，否定了以太的概念，也因此创建了狭义相对论。其实洛伦兹，庞加莱等物理学界大佬，已经无限接近狭义相对论了，洛伦兹更是提出了洛伦兹变换，认为运动的物体在运动方向上的尺度会变短，但就是不肯放弃绝对时空观，最终也没有捅破通向狭义相对论的那层窗户纸，以至于与狭义相对论失之交臂。

到这里我们我们终于明白光速不变的由来了，说白了这个原理仍旧是一个假设，但是一个堪称完美的假设，符合实验观测结果的假设。

还有最后一个问题，为什么光速是不变的？

简单回答：不知道！看到这样的回答，你可能会很生气：不知道你在这叭叭半天干嘛呢？关键时刻说“我不知道”，这不掉链子了吗？

消消气。不要说我这个普通科普作者不知道，任何人都不知道，起码目前不知道。为什么？

因为刚才就说了，光速不变原理就是一个假设。我假设一个结论正确，你质疑说“不正确”显然是没有意义的。

就好比生活中我们经常会假设，比如你对你爸爸说：老爸，咱俩身份互换一天，假设我是你爸爸，你会怎么对我呢？

然后你爸爸对你说：你的假设不成立，你怎么能是我爸爸呢？

这样聊天直接把路堵死了，完全进行不下去了！

说白了，假设就是公理，你只能选择相信或者不相信，接受或者不接受，但即使你不相信不接受，也不能说明你错了，本来就是假设的东西，凭什么强迫别人接受呢？当然你也不能说别人的假设就是错的。

你甚至可以自己提出其他假设，然后创建自己的理论。当前前提是你的假设首先必须是自洽的，不能自相矛盾，然后还能经得起实验观测验证。不然别人凭什么相信你的假设呢？

就像我们通常所说的“两点之间，线段最短”这个公理一样，我问你为什么“两点之间，线段最短”，你能告诉我答案吗？

任何问题一旦穷其所问，最终一定会走进死胡同，这已经不仅仅是科学问题了，也是哲学方面的问题。而这就意味着，我们的世界一定存在着最基本的底层逻辑，而公理就像是底层逻辑一样，而世界的一切现象都是建立在这个底层逻辑基础上的。

所以，千万不要再问：“这个底层逻辑”又是哪里来的？是谁设定的？之前我写过一篇关于虚拟世界的科普文，或许我们的世界就是虚拟的，我们这个虚拟世界的设计者设定了“光速不变”这个底层逻辑，至于他们为什么这么做，只有问上天了！

作为人类，我们只能尽可能深地挖掘这个宇宙隐藏的底层逻辑，以目前科学界的认知和理解，光速不变其实就是四维时空的固有属性，光速只与四维时空有关，与其他任何事物都没有关系。

通俗理解就是：光速其实也需要介质，它的介质就是四维时空。四维时空就是光速传播的物理背景！

或许存在其他宇宙或者更高维度时空，在那里光速不仅是可变的，而且是万物的最低传播速度，意味着万物必须以超光速传播。这样的高维度时空真的存在吗？又在哪里？这又是另外一个大问题了，大家尽情发挥想象力吧！

完！