光速咋就能一直不变, 为啥光速就是最快的速度

为什么光速是宇宙中信息传递的最快速度？为什么在黑洞边上待一小会后同伴就已经变老了？为什么爱因斯坦说：引力其实不存在？

你曾经应该学到过，真空中的光速c等于299792458米每秒。但是你的物理老师可能没有告诉过你这个光速是相对于谁来说的，也可能没有告诉过你，这个光速其实只是一个数学方程的解。英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦是历史上最具影响力的物理学家之一。他所提出的麦克斯韦方程组解释了世间一切的电磁现象，这个方程组非常漂亮，它们分别是说：电荷产生电场，没有磁荷，变化的磁场能产生电场，变化的电场也能产生磁场。

在提出这个方程组之后，麦克斯韦就想，如果我用线圈产生一个震荡的电流来产生一个周期变化的磁场，那这个周期变化的磁场就能产生一个周期变化的电场，而这个周期变化的电场又能产生新的周期变化的磁场。以此往复，这个电磁场就可以一直传播下去，而这就是电磁波。

紧接着，麦克斯韦用他的方程组直接计算出了这个电磁波的传播速度，他发现他算出来的这个电磁波速度与实验测出来的真空中光速的数值居然是一样的，于是麦克斯韦大胆猜测，光其实就是电磁波。后来这个猜测被实验所证明，我们平时所见到的可见光无非就是特定频率的电磁波而已。

那么现在问题就来了，你麦克斯韦计算出来的这个光速是相对于谁的呢？从逻辑角度讲，脱离坐标系谈速度的行为都是耍流氓，速度都是相对的。所以这个问题可以有两种答案。正常人的直觉是：光速肯定是相对于光源的。你打开手电筒射出一束光。那这个光速肯定是相对于手电筒的，但是这个说法很快就被物理学家否定了。

宇宙中有一种双星系统，就是两个临近的恒星互相绕着对方旋转，如果从地球观察，就总有一颗恒星在向着我们运动，而另外一个恒星就朝着相反的方向运动，如果光速是相对于光源的速度，那么向我们走的这个恒星的光速就应该更快一点，离我们而去的恒星的光速应该更慢一些，这个速度差异并不大，但是因为双星距离我们十分遥远，星光到达我们需要的时间就很长，这一点速度差异足以影响我们对于双星系统的观测。从理论上来说，这会导致我们观测的结果是一团模糊的光，但是天文学家观测了大量双星系统，却从未看到过有什么异常，这说明两个恒星的光速始终都是一样的，也就是说，光速与光源的速度无关。

既然这样，那物理学家们只能假设宇宙空间中遍布着一种绝对静止的介质，而光速就是相对于这种介质的速度，这个假想中的介质就被称为以太。那么，问题又来了，假设以太存在，那物理学家们所说的匀速直线运动和静止没有区别，可就错了。我们完全可以说相对于以太的静止，就是绝对的静止。它跟运动有本质的区别，地球在公转，它就肯定是在运动。那如果以太存在，我们就一定能找到一个让光速或者稍微变大或者稍微变小的方向。

这是一个关于以太到底存不存在的决定性判决，美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊发明了一个特别漂亮的测量光速变化的方法。他把一束光分成互相垂直的两束光，经过镜子反射之后再回来，如果光速在两个方向上是一样的，两束光就会形成一个完美的干涉条纹，但是只要这两束光的速度有一点点不一样这个干涉条纹就会被破坏。这个装置足以发现极其微小的速度差异。

2016年探测到引力波的实验装置也是用了这个原理。这就是发生在1887年的迈克尔逊莫雷实验，实验结果是地球上的光速在所有方向上都是一样的。这也就是说根本就没有以太，这也就是说，光根本不需要介质就能在空间传播。这也就是说，匀速直线运动和静止还真是没有本质区别，但这也就是说，物理学家还是不知道光速到底是相对于谁的，1887年，全体物理学家都陷入了困惑。他们不知道的是，他们还需要再等18年才能知道答案，而提供答案的人，现在才只有八岁。

18年后，爱因斯坦出手了，爱因斯坦提出的解决方案是一个拨云见日的断言：一切匀速直线运动或者静止的坐标系下，物理定律都是一样的。这句话就叫做相对性原理，它是伽利略相对论的推广，伽利略说在一切匀速直线运动和静止的坐标系下，力学都是一样的，而爱因斯坦现在是说不用非得是力学，一切物理定律，包括电动力学，通通都是一样的，而光速不变，可以说其实就包括在相对性原理之中，不管你在哪个匀速直线运动的坐标系下，电动力学都一样，所以解出来的光速自然也都一样，是光速c等于299792458米每秒，它不是变量，而是一个常量，这也就意味着，不管你是站在地面静止不动，还是在飞奔的高铁上，还是在以接近光速飞行的宇宙飞船上，当你看到一束光的时候，它的速度永远都是c，

你可能会疑惑，怎么会是这样，难道不同坐标系下的速度不应该叠加吗？难道我迎着光走的时候，光速相对于我不应该更快一点吧？爱因斯坦说：不是光有问题，是你时空观的问题。复旦大学中文系的严峰教授曾经有个调侃：说我们这个宇宙其实是一个计算机模拟，因为系统的计算能力有限，所以必须给光速设置这么一个上限值。从物理学角度，我们知道光速其实是从麦克斯韦方程组解出来的。你要觉得光速怪异，首先应该问：为什么麦克斯韦方程组是这样的，为什么能解出电磁波来。这么想的话，答案就是因为我们这个世界本来就是这么奇妙。

你可以仔细想想。世界上为什么会有光这个东西存在，一个带电粒子做点有变化的运动它为什么就会产生光？这难道不奇怪吗？再回头看看我们的周围，这个世界的存在本身就已经是一件不可思议的事情，那相对论又有什么可奇怪的，只不过相对论是个高速效应，而我们熟悉的东西恰好都是低速的。