光速与任何速度叠加为何仍旧是光速？没有参照系如何计算光速？

第一个问题其实很好回答，就是光速不变原理，这个原理其实就是假设，至于为什么是假设，接下来会分析。

第二个问题就有些复杂了，并不是说很难理解，只是说在参照系的不断转换中，很容易让我们迷失自我。

重点是第一个问题，把第一个问题弄明白了，其实第二个问题也就人迎刃而解了。

光，其实就是电磁波，具有波的特性。那么，我们可以从身边常见的水波和声波讲起。

声波和水波都属于机械波，说白了就是物体的振动产生的波，这种波的速度与振源的运动速度无关，本质上只是介质的传播速度。无论振源的速度有多快，都不会改变介质中声波或者水波的速度。

比如说声波，振源会带动附近空气分子的振动，这种振动会传递给相邻的空气分子，然后不断向外扩展，把能量逐渐向外传递。传递的并不是空气分子，而是空气分子的振动，也就是能量，与牛顿摆的能量传递是一个道理。

水波也是一样。比如说你往池塘里扔一块石头，会形成水波，水波并不是水分子向四周运动形成的，而是水分子的能量传递给周围的水分子形成的。

无论是水波还是声波，传播速度只与介质本身的属性有关，与振源的运动情况没有任何关系。

所以，即便是你在飞机上唱歌，歌声的传播速度仍旧是空气中的声音速度，声速并不会与飞机的速度叠加。哪怕你坐的是超音速飞机，声音仍旧是以声速传播。

不过，声音会因为声源的快速运动而产生多普勒效应，说白了就是，当声源朝向听众运动时，声调就会变得很高很尖锐。当声源远离听众时，声调就变得很低沉。

同样地，光也是一种波，也具有上述声波和水波的特性，光的速度只与介质的属性有关，也就是与磁导率和介电常数有关。

而且，光波也具有多普勒效应。具体表现就是，当光源朝向我们运动时，光的频率就会变高，波长变短，发生蓝移。反之，如果光源远离我们，就会发生红移。

既然光波与声波水波有相同的特性，人们理所当然地会这样想：声音依靠空气等介质传递到我们耳朵里，那么光是依靠什么介质传递到我们眼睛里呢？

虽然空气看不见摸不着，但我们确实知道空气的存在，一阵风过来就是空气。那么光可以在没有空气的“真空”中传播，意味着真空中一定也有像空气那样看不见摸不着的物质存在。

科学家就给这种物质起了个名字，以太。

一切看起来如此和谐，如此美妙。声音的传播介质是空气（或者其他物质），光的传播介质是以太。

既然同为介质，考虑到运动都是相对的，那么当我们迎着以太运动，与远离以太运动时，测量到的光速肯定是不一样的。

这很好理解，就像声速那样，虽然声速在介质中的速度是固定的，但当我们相对空气运动时，声速相对我们而言就会发生变化。

举个例子，在大风天里，你高喊一声，我顺着风会更快听到你的喊声。而逆着风就会慢一些。

这说明虽然声速在介质中的速度是恒定的，但介质本身的运动可以携带着声波一起运动，说白了就是，介质的运动速度可以和声速叠加。

那么，以太这种介质理应该也有同样的性质，有人可能想到了一个实验，没错，就是著名的“迈克尔逊莫雷实验”。

以太，只是科学家们假设的概念，必须在实验中进行验证才能站得住脚。但是当迈克尔逊和莫雷两人在实验中试图寻找以太存在的证据时，发现以太根本就不存在。

无论是他们逆着以太风还是顺着以太风进行测量，得到的光速都是不变的。

这样的结果只能证明以下两个事实必须有一个是成立的：

第一，地球就是宇宙中心，也是唯一保持不动的天体。

第二，以太根本就不存在。光速是绝对的，相对任何物体的速度都是光速。

很显然，第一个明显不成立，傅科摆早就证明了地球在转动。看来，只能选择第二个了。

但是，问题就在于第二个完全违背了我们的日常认知：如果以太不存在，光到底靠什么传播的呢？

当时的物理学界打死也去想象光不依靠介质也能传播，因为那意味着牛顿经典力学轰然倒塌，而当时的物理学界早就奉牛顿经典力学为“神明”了。

因此，在“以太必然存在”的大前提下，物理学界大佬们开始进行各种修修补补，左右逢源，在这个过程中建立了一大堆复杂的公式，目的就是既保证以太存在，又保证以太存在不会带来其他更多的问题。

但是，结果事与愿违，为了保证以太存在而提出了各种复杂公式，往往都建立在很多假设的基础上，而且通常是顾头不顾尾，任何一个假设至少稍微变动就彻底完蛋。说白了，假设就像定时炸弹那样，随时可能会引爆，而且假设越多，引爆的可能性就越大。

而结果只有洛伦兹提出了“洛伦兹变换”来解决问题，但物理学家们并不知道为什么以太如此特殊，必须用洛伦兹变换来计算速度叠加问题。

还得是爱因斯坦同学够大胆：既然做出了如此多的假设才能保证以太的存在，干脆彻底抛弃以太不就万事大吉了？那样的话也不需要如此多的假设专门为以太“服务”了。

巧合的是，承认以太不存在，光速是绝对的系相对任何物体都是光速，正好也可以推导出洛伦兹变换。

当时，这其实不是巧合，而是必然。

洛伦兹推导出洛伦兹变换的前提是：以太在运动方向上会缩短。而爱因斯坦提出的光速不变推导出来的结果是：物体在运动方向上会发生缩短（其实就是尺缩效应）。

其实两者本质上应该是一样的，只需要把洛伦兹眼里的“以太”理解为时空本身就可以了。这也是为什么我们会感叹“洛伦兹其实已经无限接近相对论”了，就差最后的“一哆嗦”，他只需要放弃以太的概念，承认时空是相对的，狭义相对论就手到擒来了。

可惜没有如果。还是爱因斯坦够大胆，直接抛弃了以太的概念，提出了光速不变原理，加上狭义相对论原理，创建了伟大的狭义相对论。

到这里，第二个问题应该很好理解了吧，可以简单理解为光速根本就不需要参照系，或者在任何参照系下测量，都保持光速不变。

完。