[摘 要]狭义相对论，在惯性参照系中，光速不变原理，给人留下了不解之谜。从1905年狭义相对论创立以来，一直未给出透彻的诠释。只留下让人进入迷雾般不可捉摸的结论：光速与光源速度、惯性参照系速度和测量者速度无关。这种违背常理和常识的陈述，让人百思不得其解。
　　[关键词]狭义相对论，惯性参照系，光速，光速不变原理，光源，超光速，光速不变原理太空球，光速不变秒天球，
　　中图分类号：TB812+.1文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0104-02
　　正文：
　　狭义相对论，在惯性参照系中，光速不变原理，给人留下了不解之谜。自从1905年狭义相对论问世以来，一直未给出透彻的诠释。只留下让人进入迷雾般不可捉摸的结论：光速与光源速度、惯性参照系速度和测量者速度无关。这种违背常理和常识的陈述，让人百思不得其解。
　　人们之所以对它不理解，是因为光速不变原理及其光速与光源速度、惯性参照系速度和测量者速度无关，是纯属实践到理论的抽象，或者说，它是纯粹的实验科学，是从实验结果，直接升华、抽象到理论高度。而没有给出必要的、清晰的注释，致使他当年发表相对论后，据说“全世界只有两个半人能懂”。
　　为了探寻对光速不变原理的理解或解释：必须明白狭义相对论是建立在惯性参照系基础之上的，因此，光速不变原理适应于非力场惯性参照系中的匀速直线运动系统的参照系，而不适应于力场非惯性参照系加速运动系统的参照系。
　　当年迈克耳逊-莫雷的实验装置，久经反复试验均未达到他们所认为的“设计预期的效果”，而让科技界大失所望之际。只有爱因斯坦独具慧眼和超群的智慧，看到了实验是成功的，并在此实验的基础上，总结出：狭义相对论的相对性原理和光速不变原理。其中光速不变原理是狭义相对论的核心部分和精华之所在。
　　其实迈克耳逊-莫雷的实验是在非力场惯性参照系中进行的。爱因斯坦了解到光无论是顺着或是逆着地球运行方向，光速总是一样的；也就是说，光无论是向我们跑来、离去或静止都不能改变光速。所以爱因斯坦总结他的光速不变原理为：在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参照系中，所测得的真空中光速都是相等的。即这里的参照系必须是所受合力为零的惯性系，而不是力场的非惯性系。
　　在光速不变原理中的光速与光源的速度、惯性参照系的速度和测量者的速度无关的陈述中，看似不合常理，其实在知道光速为不变常量和惯性参照系所受合力为零，包括光源、惯性参照系和测量者的速度都不存在力场。所以，光速与光源的速度、惯性参照系的速度和测量者的速度无关的陈述，便是顺理成章的事了。至于非惯性参照系，由于它存在加速度力场，运动的光子因具有运动质（能）量，而在力场中将被加速而超速度，故不适应于光速不变原理。下面来解释光速与测量者的速度无关的情况：
　　现假设测量者的速度V分别为：0.3C、0.5C和0.8C等三个不同速度惯性参照系。与光源处于同一位置进行测速，它们适应于光速不变原理中的惯性参照系。因此，所测光速都应该等于C。即C+V=C.或C+0.3C=C，C+0.5C=C，C+0.8C=C。而不是按常理写成：C+V=C+V，即不能写成：C+0.3C=1. 3C，C+0.5C=1.5C，C+0.8C=01.8C。这是因为光速与测量者的速度无关；
　　同样：光速与惯性参照系的速度V无关：即C+V=C而不是C+V=C+V.
　　同样：光速与光源速度V无关：也可以写成：C+V=C而不是：C+V=C+V.
　　事實上光速与光源速度、惯性参照系速度和测量者速度无关的论述，这都是实践的总结，实验的结果，彰显了光速不变原理的本色。以下用一组数学公式来表达该理论或实验的结果：
　　光速不变原理：C±V=C
　　光速与光源速度无关：C±V光源=C
　　光速与惯性参照系速度无关：C±V惯性=C
　　光速与测量这速度无关：C±V测量=C
　　以上是在惯性参照系范畴之内，才可能有光速与光源、惯性参照系和测量者的速度无关。这些实践总结、实验结果是千真万确的，后三式遵循一个道理，即一式的光速不变原理，但它违背常规、常理和常识，人们不可理解而难以接受。
　　为了探寻对光速不变原理的理解或解释，下面分别假设：0.3C、0.5C、和0. 8C三个不同速度惯性参照系，并与光源处于同一位置.若在某一时刻t=0时，开启光源，1秒钟后，当t′=1时，按与光行同向进行测速，对它们所测得的光速都等于C.但从光源发出的光所行经的路程，却是不相同的：对于0.3C惯性参照系，光行进的路程为0.3C+C=1.3C；而0.5C惯性参照系，光行进的路程为0. 5C+C=1.5C；对于0.8C的惯性参照系，光行进的路程为0.8C+C=1.8C.（“而且，对从这些惯性参照系的正后方与这些惯性参照系距离为L及其相当于惯性参照系速度V的路程LV之和应该小于相应于光速C的路程LC，即L+LV　　有人异想天开地试图用超光速来揭开光速不变原理之迷.他认为：所谓不变，正是变在其中.不变中寄寓着变：正是0.3C惯性参照系速度的变化，使光速超越了0.3C的速度而成为1.3C；0.5C惯性参照系速度的变化，使光速超越了0. 5C的速度，而成为1.5C；也正是0.8C惯性参照系速度的变化，使光速超越了0. 8C的速度，而成为1.8C。所以，由不同速度惯性参照系所测光速的行程，都超越了光速。
　　以上的思路背离了狭义相对论的本意和實质.从迈克尔逊-莫雷实验中，总结出来的两个基本原理精萃之一的光速不变原理，在于惯性参照系中光速为不变的常（恒）量.所以超光速的解释在此不合逻辑.而更重要的是，实际上不同速度惯性参照系中所测得的光速，都等于C，这是经过反复试验所验证的，无可非议的事实. 　　但如果抛开其它光源，单就太空中取一点光源与不同速度（0≤V　　也就是说，如果在太空中以所有不同速度（0≤V　　若在以上这种测量光速的过程中，采用红光原效果将会更好些，如果只对红光源闪光一下，进行同步测速，那么，从开始闪光那一时刻起，先是同心球球心点红光源闪亮，在持续测速过程中，随着红光的传播由小球逐渐红亮到小球外的大球逐渐红亮，到一秒末大球减小球部分全部通红，而包括同心球球心在内的小球全部黑暗；反之，若满布红光源的大球减小球部分，只对红光源闪光一下，进行同步测速，从开始闪光那一时刻起，先是满布红光源的大球减小球部分的红光源全部通红闪亮，在持续测速过程中，随着红光的传播由小球半径指向同心球球心逐渐红亮，到一秒钟末两个同心球全部黑暗，唯独同心球球心红光闪亮。
　　如果我们对秒天球进行研究，也许会得到什么启示以揭示光速不变原理之谜.为什么点光源，会在1秒钟末充满光速不变秒天球的LC≤L　　在这个充满全方位纷繁球体中，全方位的实质，还在于单一径向中去探讨：即在不变光速与不同速度惯性参照系的关系中去探讨.也就是说，不同光速的惯性参照系，它们把被测的、不变的、相等的光速C渡送到了不同的地方.即是说这个不变的光速C，搭了惯性参照系各个不同速度的便车.说不定正是惯性参系这些个不同的速度把它渡送到了不同的距离.即是惯性参照系这些个不同速度帮了它的忙，完成了不同距离的渡送.而保持着光速C不变.不管惯性参照系的速度或测量者的速度有多大，它们都将渡送与其惯性参照的速度或测量者的速度相当的距离，使光速C保持在它们前面C的位置，而达到所测光速为不变的C的目的。
　　这正与速度为10公里/小时的船，在水流为5公里/小时流速的河中行使，1小时后，船到达了距离1小时前15公里的地方。船在1小时内行进了10公里，那5公里是流水帮它渡过的，即是流水帮了船的忙，船行的速度还是10公里/小时。这样，也就清楚地解释了惯性参照系中的速度，在测量光速过程中所起的作用了。
　　而更透彻的表述则是：被测的光速，在惯性参照系和测量者不同的速度中，随着惯性参照系和测量者不同的速度渡过了相当于速度1秒钟所行使的路程，而保持其不变的光速C.这正是光利用了惯性参照系的惯性速度和测量者的测量速度.
　　而更形象的解释，可以这样来比方：如果有一把30万公里的尺子，A、B为两端，这样，从A发出光，到B的时间为1秒。若从A发光那一时刻开始，测量者拿着这把尺子的A端，以10M/S匀速前进，并把尺子朝向正前方，到一秒钟末，测量者到达10M处，光也到达了尺子的B端.即所测光速还是C。
　　下面来解释前面留下的问题：而且从这些惯性参照系的正后方与这些惯性参照系距离为L及其相当于惯性参照系速度V的路程LV之和应该小于相应于光速C的路程LC，即L+LV　　由于被测光速的光源与不同光速惯性参照系处于同一位置的情況已经解释清楚了，现在，在此基础上再来解释被测光速的光源与惯性参照系不在同一位置的情况，也就不难解释了.
　　为了简便起见，现假设被测光速的光源处于已知速度为0.5C惯性参照系正后方距离L0.3C）处.所测光速结果应为C.下面以简单明了的方式把它转变成某一速度惯性参照系，并与被测光速的光源处于同一位置.问题就解决了。
　　为达到上述目的，先把路程L0.3C转换成相应数值的速度0.3C，并与已知速度为0.5C惯性参照系相加，即0.3C+0.5C=0.8C，为新的惯性参照系的速度，再把此0.8C新的惯性参照系往后移动L0.3C），这样，新的惯性参照系的速度相对于假设惯性参照系的速度增加了0.3C，成为0.8C；而新的惯性参照系位置，相对于假设惯性参照系后退了0.3C，这样，新的惯性参照系0.8C就与被测光速的光源处于同一位置了.通过以上的转换，就得到了一个与假设惯性参照系等效的，并有着相应的位置和速度的新的惯性参照系了，即与被测光速的光源处于同一位置的0.8C惯性参照系了.而且所测得的光速应该是C。这与“……爱因斯坦断言，无论你运动的速度有多快，光的速度总是不变、即便你坐在29.9万公里的每秒的火箭里，你也会看到在你后面发出一束光以30万公里每秒的速度超过你”。相吻合。
　　至于对光速与光源速度无关的理论理解：无论光源在宇宙空间向任何方（向）位，以0≤V　　这里可以把光源运动的速度V，转换成相应的光源行进路程的轨迹曲线S，那么，S曲线可以看成是运动的点光源的集合，当光源运动到相应曲线S上的每一点A、B、C……都可以看成是即时的静止的点光源向空间全方位发射光或光波，所以每一个点光源所发射光的速度也应该是C。因此光速与光源速度无关。无论测量者处于运动光源的任何方位，以任何速度0≤V　　在光源运动期间，若测量者在某一时刻，准备测量运动光源的光速，而这一时刻正好是光源运动到某一点，假设为B点所发射的光，即为要测量的点光源，若测量者此时处于静止的M点，此即0速惯性参照系。要测的光速应在BM的连线上，并将超越BM，所测光速为C。这里BM的距离要小于LC，否侧将测不到光速。假若在BM的连线上，测量者从某一点开始，以0.5C速度前进，测量光速，那么要测的光速应该超越BM，再超越0.5C，而处于0.5C的前头，但LBM+L0.5C　　到此我想所要解释的都解释清楚了，这也算是本人对光速不变原理的理解吧！2008.11.20.于乌鲁木齐
　　参考文献
　　[1] 爱因斯坦狭义相对论
　　[2] 《量子物理学》E。H。威切曼（美）
　　[3] 《大学物理学》杨兵初主编
　　[4] 《相对论量子力学》J。D。比约肯