光速不变的本质原因(为什么光速不变解释)

导语：为什么光速不变？

光速为什么不变

1真空的电磁极化特性

目前所有实验测量的真空电磁极化有如下特性：①没有介电极化的饱和现象，也没有磁化饱和现象；②传播的电磁场能量没有上限。

早期认为电磁传播是以一种叫以太的特殊真空物质传播，可以想象任何具有物质特性的介质都会有电极化的饱和现象和磁化饱和现象，且有能量传播上限，超过上限值后，传播的波动能量会因介质结构缺损发生畸变，如机械波在流体中的空化想象，固体介质甚至被直接断裂。而真空传播的的光没有强度上限，多路超强激光在真空聚焦后的传播无异常反应，且没有介质损耗，这就说明真空中的电磁传播是没有物质介质的。

2真空电磁特性的运动效应

我们设想图所示的实验：在匀速运动和旋转加速参考系统(要保证器件不发生外力变形)中分别放置一对以真空作为介质的平板电容器和电感线圈，在相互运动的参考系中，测量其电容量和电感量的变化关系。

图2.1 平板电容器和电感线圈匀速和旋转加速运动示意图

设定电容器和电感线圈中的真空介质与静止参照系S同步，当电容器的上下极板，电感线圈的导体绕线与运动参照系S’一起以速度v向右运动或以ω旋转运动，就造成了真空介质也以v的速度流过其内部或被离心分离，由于介质边界条件的变化，会引起介电常数ε0，磁导率μ0的边界响应，单位时间内通过其内部的介质流量决定其电容量、电感量的变化量。设电容器、电感线圈的运动截面积都为A，介质流量用Q表示，运动中两个测试器件内外介质交换量Q=A，ρ是介质密度，由于真空介质的特殊性，ρ=0，所以无论运动速度多大，测试器件内外介质交换量Q=0，ε0，μ0的运动边界响应增量为0，即：有限个无穷小量的替换叠加，仍然是无穷小量。可以理解为器件内外什么都没有，器件封闭与开放没有差别，不存在任何交换。

对上述实验环境的结果可以得出结论为，任何一个运动的真空子系统，与外部的真空环境系统的之间，真空特性等价，真空电磁特性与参考系的运动状态无关，真空介质的介电常数ε0，磁导率μ0为一个与运动状态无关的恒定值。

3真空光速为一个恒定常数

从麦克斯韦方程组出发，可以推导出真空的光速表达式，光速由于真空介电常数ε0= 8. 854187817 × 10-12  ，磁导率μ0=4π×10-7牛顿/ 安培，为一个与运动状态无关的恒定值，则真空光也与观察者运动状态无关，速恒定为：C=299792458 m/s。

这就用物理推理证明了光速的不变性原理。从实验观测的角度出发的迈克尔逊-莫雷实验等，以及大量的天文观测实验结果，也都表明真空光速是一个与观测者运动状态无关的恒定值。



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