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狭义相对论是人类有史以来提出的最伟大的理论之一。从太空旅行、卫星全球定位系统到我们的电网，这些现代设施和科技的运行都和其密切相关。但相对论的核心居然是基于这样一个假设：真空中的单向光速是一个绝对常数。 问题是，这个事实从未被证实过！人类再先进的科技也无法真正测出！  那为什么说物理上无法用实验证实 光速在真空单向速度恒定不变？ 光速狭义相对论中起着基础的作用，而且被假设默认为一个物理常数。光速不变原理，就是指无论在何种惯性系中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299792458 米/秒，也就是说光每秒钟可以绕地球赤道走7.5圈。  那么，我们怎么知道光速不变呢？我们能不能用实验来证明或证伪这个原理呢？ 答案是不能。 为什么呢？ 因为光速单向恒定不变 不是一个可以被实验检验的物理参数！  想象一下，如果我们要测量光的速度，我们需要什么？ 我们必然需要一个发射光的装置，一个接收光的装置，还有一个测量时间的装置。 然后我们就可以用公式 v = s/t 来计算光的速度，其中 v是光的速度，s是光走过的距离，t 是光走过这段距离所用的时间。  但是，在这个过程中，我们其实已经假设了一些东西。 首先，我们假设了距离 s 是一个确定的数值，而不会随着参考系的变化而变化。 其次，我们假设了时间 t 也是一个确定的数值，而不会随着参考系的变化而变化。 最后，我们假设了我们能够同时观测到发射和接收光的事件，而不会受到光信号传播的延迟影响。  然而，在狭义相对论中，这些假设都是不成立的！！！ 根据狭义相对论，距离和时间都会随着参考系的相对运动而发生收缩和膨胀。同时性是相对的，不同参考系中观察到的事件顺序可能不一样。 因此，我们无法用一个固定的标尺来测量光速。  那我们用两个同步的时钟来分别记录发射和接收光的时间，并且保证两个时钟和发射接收装置之间没有相对运动。这样就可以避免距离和时间的变化影响了吧？ 比如说，我们在两个点分别放置一个时钟，并且让它们显示相同的时间。然后我们在其中一个点发射一束光，并且记录发射时的时间。当光到达另一个点时，我们再记录接收时的时间。这样，我们就可以用接收时的时间减去发射时的时间，得到光走过两个点之间的时间。  其实也不行。 因为在狭义相对论中，没有绝对同步的时钟。两个时钟只有在同一个参考系中才能保持同步，如果换到另一个参考系中去观察，就会发现两个时钟有时间差。 那么，我们还有没有其他方法来测量单向光速呢？比如说，我们用一个反射镜来反射光，并且让光沿着同一条路径往返传播。然后我们在发射和接收光的地方放置一个时钟，并且记录往返所用的时间。这样，我们就可以用往返所用的时间除以，得到光走过单向距离所用的时间。然后我们再用这个时间乘以光速，就可以得到单向距离。 但是，这个方法也不可靠。 因为在狭义相对论中，同时性也是相对的。不同参考系中观察到的事件顺序可能不一样。因此，我们无法确定发射和接收光的事件是否同时发生，在不同参考系中可能会得到不同的结果。  从上面的分析可以看出，要想测量光速，我们必须要有一个确定的空间和时间标准。但是，在狭义相对论中，空间和时间都是随着参考系的相对运动而变化的。 因此，我们无法用实验来证明或证伪光速单向恒定不变。那么，为什么我们要相信光速不变原理呢？ 这是因为这个原理是由电磁场理论推导出来的，并且与实验观察一致。  电磁场理论是由麦克斯韦方程组描述的，而麦克斯韦方程组可以推导出电磁波（光）的存在，且能确定电磁波（光）在真空中的传播速度。如果光速随着参考系的不同而改变，那么麦克斯韦方程组就会失效，这显然是不合理的。 因此，我们必须接受光速不变原理，并且放弃牛顿力学中的绝对时间和绝对空间的概念。 这就导致了相对论的诞生。 至少目前，相对论是一种更符合实验事实和逻辑自洽性的物理理论。 |
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