在大家的印象中光速不變的原理是隨著愛因斯坦1905年狹義相對論發(fā)表時，同時提出的兩條基本假設

狹義相對性原理：一切物理定律在所有慣性系中均有效

光速不變原理：光在真空中的速度c是一個常數，與光源的運動狀態(tài)無關。

前者說的是一切物理定律（除引力外）在洛侖茲變換下保持形式不變，不同的時間內進行的實驗得出的物理定律是一致的。

后者字面意思理解起來就更簡單：即無論你怎么折騰，光速始終是一個常數，即：299792458米/秒。

當然愛因斯坦將其放在狹義相對論的基本假設中，也就是狹義相對論在這兩條假設之上，讓這個假設成了真設，隨著相對論的傳播，在大家的印象中就是愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了光速不變原理，其實不然，在十九世紀末，至少有兩位科學家發(fā)現(xiàn)了光速不變原理。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋

比較了解科學的朋友都知道麥克斯韋是是在愛因斯坦之前僅次于牛頓的人物，都知道他是玩電的，而且前無古人后無來者，但對于麥克斯韋偉大成就的意義卻知之甚少

費曼如此評價麥克斯韋，我們就不廢話了，反正就是說他的影響力遠超美國內戰(zhàn)。要來定義麥克斯韋成就的意義，必須來了解他的四個著名方程組：

當然只有最后一項麥克斯韋獨立發(fā)現(xiàn)，這個意義非凡，因為變化的電場能產生磁場，變化的磁場又能產生電場，往復循環(huán).......這就是傳說中的電磁波，但當時并沒有發(fā)現(xiàn)電磁波，麥克斯韋僅僅從理論上推導出來了。

麥克斯韋根據他的方程組直接推導出了電磁波的速度，如下圖所示：

因為ε0和μ都是常數，因此計算出來的電磁波速度也是一個常數，當然那會還是電磁波速度，麥克斯韋僅僅是根據這個速度和當時已經測定的光速一致，判斷光就是電磁波的一種，但麥克斯韋并無實錘證明，不過兩者一致非常詭異啊。不過后來發(fā)現(xiàn)光是電磁波的一種也就釋然了，只不過它的頻率比較窄，只是電磁波中的可見光波段一小段。

邁克爾遜-莫雷實驗

這個實驗的起始要從牛頓時代開始說起，自牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力以來，他就一直為一件事苦惱，是什么傳播了天體之間的引力？最終他選擇了借用亞里士多德的“以太”來作為引力傳播的媒介，包括天體以及光都在以太中傳播！

• 1660年，胡克認為光在一種叫做發(fā)光以太的介質中傳播，并且波不受重力影響。

• 1800年，托馬斯楊發(fā)現(xiàn)了光的干涉以及偏振性，托馬斯楊用衍射實驗證明了光的波動性。

光是一種波絕對是一種新玩意兒，但波大家都很熟悉，水波，聲波等，前者借助水傳遞，而后者則依賴介質，比如空氣和或者其他物體等。那么光借助以太傳播，那么可以測量光與以太之間的相對速度（伽利略變換）來證明以太是否存在。

1887年邁克爾遜和莫雷在美國克里夫蘭的卡思應用科學學校進行了此次實驗，實驗原理當時看來實在非常巧妙，如下圖：

當時并沒有激光器，用的是相干光源，通過分光鏡分成兩束，然后通過反射鏡反射回分光鏡，最終回合于檢測平面上，如果在“絕對靜止”的條件下，兩束光在檢測屏上不會留下干涉條紋，但如果相對以太運動，那么將會出現(xiàn)速度差而出現(xiàn)干涉。這個實驗裝置非常巧妙，當然現(xiàn)在已經很常見了，包括LIGO檢測引力波用的也是這個原理。

邁克爾遜和莫雷實驗結果發(fā)現(xiàn)，相對于以太的速度遠小于地球公轉的速度30千米/秒，因為系統(tǒng)仍然存在誤差，當時并不敢判定以太到底是否存在，但實驗傳開后各方都投入了大量的紅拂驗證實驗。

各位可以發(fā)現(xiàn)邁克爾遜最早在1881年就已經獨立測試，那時誤差比較大，但后期其他科學家驗證越來越小，但仍然存在。當時仍然有部分科學家認為地球可能帶著以太一起跑了，不過這個很快就被天文觀測所打臉，因為如果存在地球帶著以太跑這個可能的話，天文觀測早就發(fā)現(xiàn)光線的異常傳播現(xiàn)象了。

當然這里留一個小小的懸念，邁克爾遜-莫雷實驗中的誤差并非全部是誤差。

光速不變和狹義相對論

其實在愛因斯坦的狹義相對論之前，我們不得不提兩個人：

• 洛侖茲和龐加萊

1904年，物理學家洛倫茲在論文《以任意小于光速的系統(tǒng)中的電磁現(xiàn)象》提出了著名的洛倫茲變換，用于解釋邁克耳孫-莫雷實驗的結果誤差。他認為運動物體的長度會收縮，并且這個收縮只發(fā)生運動方向上。

引入洛侖茲變換后，邁克爾遜-莫雷實驗中的“誤差”被成功解決。在著名的洛侖茲變換之前的1895年，洛侖茲就提出了長度收縮的假設，并且提出了“本地時”的概念來解釋光行差以及多普勒頻移等，洛侖茲變換概念也于這一年被提出，在1899年修正和1904年再次修正后正式發(fā)表。1900年龐加萊認為洛倫茲的本地時是來自不同坐標系之間通過光速進行的時鐘同步，這就是后來愛因斯坦狹義相對論中同時性的相對性的概念。

當洛倫茲和龐加萊小心翼翼的在通往狹義相對論道路上摸索的時候，愛因斯坦大膽的提出了兩條光速不變和下一相對性原理為基本假設的狹義相對論，當然愛因斯坦并沒有獨占狹義相對論的功勞，他將洛侖茲和龐加萊成為狹義相對論的先驅，愛因斯坦也是站在了巨人的肩膀上！