光速为什么是绝对不变的？光速不变为什么会导致时间膨胀？

简单讲，光速不变最开始只是假设，是假设，是假设！

重要的事情说三遍！

只是这个假说后来经过实验不断论证，确实成立，被作为爱因斯坦作为基本公设之一（另一个公设是相对性原理），创建了伟大的狭义相对论。

爱因斯坦为什么会提出“光速不变”这个假设？这个就说来话长了，之前有科普专门分析过，这里就长话短说。

主要原因有两点。第一，麦克斯韦方程组推导出来的电磁波速度公式中，电磁波的速度为常数，与参照系无关。这就给了爱因斯坦极大的灵感。第二，物理学界大佬苦苦寻找的光速的参照系“以太”，在实验中被证明根本不存在。这其实就意味着光速不需要参照系。

但是当时的物理学界大佬根本不敢坚持光速不变，以为那意味着统治物理学界几百年的牛顿力学体系轰然倒塌。就连“迈克尔逊莫雷实验”的两人迈克尔逊和莫雷，也不敢相信光速是不变的，他们宁愿相信实验本身出了问题！

最终还是爱因斯坦“顶住压力”，提出了“光速不变”！而后来的无数次实验，都证明了光速的确是不变的。

当然，这里有必要强调一下，光速不变并不是指“光在真空的速度为每秒30万公里”，而是指不管光源如何运动，也不管在任何参照系下观测，光速都保持恒定不变。

说白了，就是光速与其他任何速度叠加之后，仍旧是光速。即便你以0.9倍光速追赶一束光，这束光在你眼里仍旧光速，而不是0.1倍光速。

下面就用例子通俗解释光速不变会带来什么样的结果。

假设有这么一个光子钟，结构很简单，水平放置两面镜子，相距15厘米，镜子之间有一个光子上下垂直运动，假设运动一个回合就是一秒。

你带着这个光子钟，乘坐一艘飞船以亚光速V飞行，我待在地球上不动。在你眼里，光子中的光子当然是垂直上下运动的。那么在我们眼里，光子钟中的光子会如何运动呢？

很明显，我不会看到光子垂直运动了，而是斜线运动。飞船一直在亚光速飞行，在我眼里，光子运动一个回合当然需要时间，这段时间里飞船也飞行了一段距离，光子到达上下两面镜子的点也会发生移动。

相当于我看到的光子飞行的距离变长了。而由于光速本身是不变的，因此光子飞行一个回合的时间变长了。

说白了，你经历的一秒，在我眼里可能是三秒，四秒甚至更长，也就是说你的时间变慢了，膨胀了。

我看到你的一切都是慢动作，就像电影里的慢动作回放一样。甚至打个喷嚏可能都需要几分钟时间。

当然，我们也可以用数学公式推导出时间膨胀公式，主要利用到勾股定律，过程并不复杂。这里简单来推导一下。

根据下图，我们简单画出一个直角三角形。假设飞船的速度为V，你的时间为t，我的时间为t'。

利用勾股定律，两个直角边的平方和，等于斜边长的平方，很容易得出下面的公式。

ct的平方+vt'的平方=ct'的平方

对以上公式进行简单推导，最终就可以推导出时间膨胀公式。

仔细观察这个公式，你会发现什么？

如果你乘坐的飞船速度无限接近光速，意味着V无限接近光速C，意味着t必须无限大，这就说明你的时间趋于静止了。

而另一极端就是，你乘坐的飞船速度V趋于零，也就是静止不动，相当于与我一样待在地球上，那么公式中的两个时间就趋于一致。这当然是肯定的，因为你和我相对静止，时间流逝速度当然是一样的。

除了时间膨胀公式之外，还有尺缩效应和质增效应公式，都可以在光速不变的基础上推导出来。而由于时间和空间是有机的整体，两者不可分割，所以时间膨胀和尺缩效应其实是等价的，两者也必须同时出现。

根据尺缩效应，如果你的速度无限接近光速，你在一瞬间就可以到达任何遥远的距离，哪怕是宇宙的边缘，也可以瞬间到达。因为对于你来讲，不管多远的距离都是近在咫尺，整个宇宙就好像浓缩为一个点，让你触手可及，瞬间到达。

结语

其实光速不变更深层的东西是时空的相对性，时空结构的弹性，因此时间膨胀也是由时空的弹性造成的。光速的背景是四维时空，因为光速又可以理解为四维时空本身的速度，或者说“时空涟漪”的移动速度，就像把石头扔到水里引发的“水波涟漪”一样，水波的速度与振动源的速度没有关系！