为什么真空中光速是恒定的？

光（或电磁波）的物理属性决定了人类对几何概念的理解，光的速度即是几何的度规的一部分，因此没有速度会超过光速，光速也不随参考系变化

我们想一想几何的起源是什么？例如，为什么直线是直线？因为光线的传播是直的，人用眼睛来看世界，来感知几何的概念，所以直线是直的。

真空中的光速不变是光的本质决定的。

光速的本质是电磁波波速。狭义相对论实现了电磁学与力学的统一。光速是联系力学与电磁学的桥梁。这是宇宙的物理性质，是物质的运动本质。是我们观察到现象，并由麦克斯韦理论证明的。

这也是物理学对称性的核心。1918年德国女数学家尼约特（A.E.Noether,1882-1935）发表了著名的将对称性和守恒律联系在一起的定理，即尼约特定律：从每一自然界的对称性可得到一守恒律；反之，每一守恒律均揭示蕴含其中的一种对称性。

而且实验物理学家发现光速是个常量，与观测者的运动状态无关。通过光速不变，会导致推论出高速运动的时间膨胀，和空间收缩，质能方程 E=MC^2。

爱因斯坦甚至宣布世界的一切事物都是以光速在时空中运动。这就是我们对时间的定义。

高速运动的系统里意味他在时间里的运动比静止系统的慢，因为他在时间里的运动有些转移到空间了，所以他的钟会变慢。进而推论假如系统在时间里的运动完全转移到空间来了，系统在空间的运动速度就达到最大速度。进而推论到以光速在空间运动的系统，没有一点在时间运动，因此光子不会老，从大爆炸出来的光子到今天依然一样——

在光速下，没有时间的流逝。

“对于大于光速的速度，我们的讨论就变得毫无疑义了；在以后的讨论中，我们会发现，光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。”

“由此，当υ=V时，W就变成无限大。正像我们以前的结果一样，超光速的速度没有存在的可能。”

这时需要引进洛仑兹变对称性，它的基本意思是这样的，一个物理定律对不同的惯性系都有不变的形式结构，同时在不同的惯性系看来光速是不变量。爱因斯坦用洛仑兹变换检验和改造了牛顿力学，使之成为洛仑兹不变的力学理论——狭义相对论。“所谓相对论，与其说是一种理论，不如说是对物理理论的一种很合理很基本很公理化的要求”，就是要求物理理论要满足洛仑兹不变性。爱因斯坦对上帝思想的直觉判断，他相信上帝的思想和美学极其简单，它不过就是要求上帝的旨意不能因时因地因人而异，于是这个简单得不能再简单的要求演绎出特别费解和深奥的理论。但再费解的东西也必须能被理解，比如，光速是常量，如果一个奔跑的人（速度为V）向你抛来一个光速(c)的苹果，按常理苹果速度是V+c 的话，那么会出现什么情况呢？你将先看到飞来的苹果，后看到投掷的动作。

广义相对论

狭义相对论与以前的物理学规律一样，都只适用于惯性系。但事实上却很难找到真正的惯性系，爱因斯坦有一个“愉快的思想旅程“，他发现在一个空间的人是区分不出他是以 1 g 的加速度飞行，还是在地球上，这就是“等效原理”：

加速度和引力是等效的。

这样就可以用加速度来理解引力了。

然后他发现了在加速度飞行飞船上的射出的光线是弯曲的，而光线总是按最近的距离传递，进而推论引力会导致空间弯曲：

“质量导致时空弯曲，而弯曲的时空又决定物质的运动： “Matter decides times and space, time and space decides the movement of matter”。

这是广义相对论的最简单文字表述了，虽然数学上表述和求证相当复杂。

几何直观解释爱因斯坦的广义相对论：

有质量的物体都会使空间扭曲，想象一个三维空间范围向中心一个质量点收缩。视频里是二维的解释，有质量就会有空间塌陷，三维空间里是向质量点聚集，体现为引力。质量太大的时候，二维的布会破个洞，三维的就是黑洞了。 ​

量子力学的时空

而且在量子力学里，时空的变化的相对，随时因粒子位置不同而改变。 事实上他包含了及其深刻的对称性，广义坐标不变性。不同的加速度时空体系，测得其他体系的速度是不同的，但在本体系中的物理定律不变。我举个例子，一个以近似光速运动的粒子，在地球人看寿命是8秒，此后衰变，而在粒子自身的时钟里它自我感觉存活了2秒，在地球人看它奔跑了8倍光速的距离，在它自己看来，它只跑了2倍光速的距离。所以在洛仑兹变换下，同一个物理事件，用不同惯性系的时钟所测量出的运动距离、运动时间都不相同，但是同一个事件在不同惯性系看来不仅能推导相同的物理定律，而且能测量出相同的光速。

小结

事实上对称性的最终定义是：

变化中的不变性。

宇宙中只有光是不变的，神说我就是光，光速在空间运动的系统，没有一点在时间运动，所以没有时间的流逝。，所以他说我是从永远到永远的，我就是当下。所以人们在对称性的执着追求，乃是追求宇宙中的真理和创造者。

参考资料

https://www.zhihu.com/question/19580853/answer/12685343

https://www.quora.com/Speed-of-Light/What-determines-the-speed-of-light