谭老师十分钟带你理解“光速不变”
爱因斯坦先生伟大的《相对论》作为现代物理学最为重要的理论之一，至今仍未找到任何能够反驳它的实验证据或者理论依据。它是如此的完美，然而这一整套的理论都基于一个很重要的假设，那就是在人民群众中获得很大曝光量的“光速不变”。可以说没有“光速不变”，《相对论》就会像一座没有基石的大厦轰然倒塌。
那么，什么是“光速不变”呢？很多人理解为：光速是一切物质运动的最高速度，这个速度永远是每秒30万公里（为了读起来方便，取了个近似值）。然而“光速不变”远没有这么简单，下面谭老师将给大家揭示“光速不变”鲜为人知的一面。
谭老师平时喜欢随车带个电筒，方便给车开盖的时候照亮机械阴暗的角落。谭老师有两位飞车党朋友，号称全宇宙最快，其飚车速度分别可以达到每秒15万公里和29万公里（地球人暂时做不到）。于是大家相约来做个游戏，游戏内容就是追光！
首先由谭老师手握电筒向前发射一束光，这二位朋友立即驱车向前追赶这束光。那么现在问题来了，从这二位的角度来看这束光的速度是多少呢？很多朋友，我想应该是绝大部分的吧，应该说这个问题很简单啊，利用小学的知识：光速30万公里/秒分别减去15万公里/秒和29万公里每秒，答案是15万公里/秒和1万公里/秒。
然而正确答案是完全超乎我们想象的，这二位尽管速度很快，但是无论他们速度多块，在这二位飞车党看来这束光的速度永远是30万公里/秒!!!这个听起来好神奇呀，明明是同一束光，大家运动速度不同，竟然看上去速度都一样，这个显然有违常理啊。这就有点像我们在高速路上开车，我开得越快，周围的车就显得越慢，如果我再快点，甚至可以超越周围的车。
然而谭老师要告诉你的是，光是非常特殊的东西，不论多快你都无法超越光，你也不可能达到和光一样的速度伸手出去抓一束静止的光在手心。
那么《相对论》是如何解释上述现象呢？那是因为这二位的时间变慢了，于是在他们看来光速仍旧是每秒30万公里（下面简称光速c）。现在大家可以理解《相对论》为什么会推导出时间变慢的公式了吧，因为有“光速不变”作为前提！
说到这里，大家要问了，为什么光速是不变的呢？为什么要限制光速呢？会不会是外星人限制了我们的光速把我们囚禁在宇宙狭小的范围内？为什么光速是30万公里而不是20万或者100万呢？啊，问题好多。但是上述问题都可以用一个公式来回答。
下面我们有请今日的明星--麦克斯韦先生闪亮登场！麦克斯韦一生对人类最大的贡献就是麦克斯韦方程组，具体推导过程非专业人士是看不懂滴。在这里要给咱的母校电子科大做个广告，电子科大是教麦克斯韦方程组的！别的学校基本没有，我说的是非物理专业哦。
言归正传，麦克斯韦方程组有个重要的结论，这个结论其实连麦克斯韦他老人家都没怎么想明白，然而就是这个结论，奠定了《相对论》乃至当今物理学的最为重要的基石。
电磁波传播速度的公式
以上公式看起来好简单，就三个字母。但估计大家除了v是表示速度以外，其他两个应该不知道是啥意思。下面解释一下，公式中u（输入法限制，凑合一下了）是介质的磁导率，E是介质的电导率。比如说水，我们可以测出水的磁导率和电导率，然后通过以上公式就可以算出光在水中的传播速度。
这个公式看起来平淡无奇，但其中蕴藏着惊天的秘密（不惊天麦克斯韦本人肯定就发现了）。磁导率和电导率我们可以把他们理解为介质对磁场和电场的阻碍作用，阻碍越大，这两个值也就越大，于是电磁波的传播速度变慢了。
那么在真空中是什么情况呢？经测量，真空中磁导率和电导率并不为0，我们把他们分别叫做u0和E0，这两个值带入上面的公式可以算出一个电磁波在真空中的传播速度，我们把它叫做c，没错，就是大名鼎鼎的光速c！
很多人认为光速c是类似于运动场上的教练拿着个秒表测量出来的，其实光速c是计算出来的，计算出来的，计算出来的！
以上公式还有一个秘密，那就是最终计算出来的光速c是没有参考系的，因为真空是没有任何物质的地方，光在真空中传播不需要任何介质，那么问题就来了，这个速度c到底是相对于谁的速度呢？在这里，麦克斯韦先生陷入脑崩溃，无法给出答案。
现在我们有请下一位来宾闪亮登场！爱因斯坦在总结了前人的理论和实验结果，最终做出了一个大胆的假设，光速c不是相对于某种介质的速度，而是相对于观察者的速度！举例来说，两个人他们分别以不同的速度运行，他们都在做测量真空中u0和E0的实验，最后他们得出c的结果是完全一致的。
好了，说到这里，相信大家对整体的脉络大致有个了解了吧？现在谭老师来总结一下。
我们的世界在真空状态下有两个常量：磁导率和电导率，通过这两个常量可以计算出光速c，通过光速c公式可以升华为光速不变，以此作为基石，最终推导出相对论中的时空穿越等等。
好吧，看来这一切的基础都在于真空磁导率和电导率。这两个值是我们所在宇宙的两个常量，或者说是被设置好的值。那么会不会有个平行宇宙有不同的设定呢？或者说有某个宇宙光速是我们的2倍？
要回答以上问题，我们需要跳出物理学范畴，进入哲学范畴。因为这些观点大家分歧就比较大了，所以下面谭老师仅陈述一下自己的观点。
首先谭老师认为我们的宇宙并不是唯一的，各种各样的平行宇宙随时都在产生和消亡，他们会具有不同的初始设定参数，也就是不同的真空磁导率和电导率，这直接导致了这些宇宙都具有不同的光速c。
现在我们来看看不同的c会产生什么样的结果，如果减慢光的速度，只是一点点，我们的宇宙就没有碳元素；如果加快光的速度，只是一点点，我们的宇宙就没有氧元素。这个是根据质能公式以及形成炭原子和氧原子的核反应公式得出的结论（这个不是哲学，是严格的物理公式）。所以说我们宇宙的常量是被精确设定的，多一点少一点都不会有我们人类出现。
目前有两个主流的观点，第一个观点是人择原理。世界上有很多宇宙，他们具有各种各样的参数，只有我们这个宇宙碰巧采用了如此精准的参数设定，于是我们的宇宙孕育出了智慧生命，然后就是这些智慧生命开始闲来无聊研究自身所处的宇宙。而其他的宇宙由于参数不对，空洞荒芜，自然不会有智慧生命产生，也就不会有人去观察研究他。
另外一个观点就是设计说，我们的宇宙是被更高级的智慧设计出来的，因为一切参数都设置的如此完美，完美到令人窒息。
具体哪种观点对呢，这个谭老师无法给出答案。大家开洞大脑自己想吧，哈哈哈。
如果大家觉得谭老师说的还有点道理的话请在文章下面点个赞，谢谢！
