光速不变性：在所有惯性系中测量到的真空光速c都一样。“任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度 运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”

光速不变性，理论上源自麦克斯韦电磁理论（真空中光速值恒定），实践方面出自迈克尔逊—莫雷实验（显示双程光速不变），为了得到洛伦兹变换的数学形式，爱因斯坦提出光速不变原理，但至今仍未有实验检验之。目前人们依然不清楚光速究竟是绝对速度还是相对速度？光是怎么运动的？光运动是辐射还是传播？光速是矢量还是标量？

在这种状况下，似乎可以仿照伽利略对重物下落的逻辑分析来思考光速问题。

古代的学者们认为，物体下落的快慢是由它们的重量大小决定的，物体越重，下落得越快。生活在公元前四世纪的希腊哲学家亚里士多德最早阐述了这种看法。亚里士多得的论断影响深远，在其后两千多年的时间里，人们一直信奉他的学说。

时空的绝对性与相对性，从哲学方面看，涉及到实在论与实证论；从数学方面讲，由“物质运动所形成的空间关系”与“现存的空间关系”之间”，存在着一定的差别，而我们的几何学仅仅是现存空间关系的数学抽象，是基于相互作用传递速度为无穷大、以及超距作用原则条件下的几何抽象，所以现存空间关系的几何学，或许不能无条件地反映物质在实际运动过程中所形成的各种空间关系。从观测标准选择上分析，关键在于光速的不变性和光速的可带动性，从甲惯性系“测量”乙惯性系的时空事件，以甲惯性系的光速不变性,“测量结果”将出现“钟慢”和“尺缩”关系，而以甲惯性系确知的相对运动观察中乙惯性系内在的光速可带动性，则将“观察到”与乙惯性系测量乙的时空事件同样的结果，而无“钟慢”和“尺缩”关系。由此突破了狭义相对论，得到时空的绝对性与相对性的统一性认识。

直角坐标系下的变换：设K系、K' 系两坐标原点o、o' 在t = t' = 0时重合，且K' 系延彼此重合的x和x' 轴以速度u相对于K系正方向运动，而y和y' 轴、z和z' 轴保持平行（见图1）。

设在x和x' 轴上的A点发生一事件，则有x=ut+x'（1-u 2/c2）1/2，解得x'=（x-u t）/（1- u2/c 2）1/2，其逆变换为x=（x'+ u t'）/（1- u 2/c2）1/2，进一步解得t'=（t-u x/ c2）/（1- u2/ c 2）1/2 ，其逆变换为t =（t'+ u x'/c 2）/（1- u2/c 2）1/2。

如果一个质点在K系中延x轴的方向以速度v运动，则在K' 系中其速度v'=（v- u）/（1- v u/c 2），其逆变换为v =（v'+ u）/（1+v' u/c 2）。

相对论承认，一个标准的钟静止在哪一个系中，走时是都是一样的；一个标准的尺度固定在哪一个系中，长度是都是一样的。这足以说明，以光为信号考察相对运动，改变的仅仅是由光速c的不变性质带来的观测上的时间或空间差异。

考虑静止时车厢长度均为dx' 的两列火车，一列匀速驶离站台，一列停在站台地面上，两列火车的观测者各自用激光测量自己的车厢长度，测量结果均为dx' = c dt'/2，两列火车的观测者也都观察到对方车厢的长度均为dx=[ c（1-u2/c 2）]dt/2 。由此可见，首先，两列火车有着相同的本征长度和本征时间，表明了在相对静止的系统中时间和空间测量结果的绝对性和一致性，这是根本。明确了这一点，就不会有类似“孪生子佯谬”等疑难之说。其次，从两列火车的观测者都观察到对方同样的与其本征长度和本征时间不等的长度、时间变化，反映出时间、空间还有相对性的一面，即对运动系统时间和空间测量结果的相对性，这种相对性是由于光速不变性使得测量用的光信号的速度包含在测量结果之中所致，使其与本征量值不同，这是表象。另外，相对静止观测到的时空关系2dx'/dt' = c既可以看成由光速联系的本征长度和本征时间的关系，也可以看成对光信号速度值的测量或定义；而相对运动观察到的时空关系2dx/dt=c（1-u2/ c 2）则只能看成由光速和相对运动速度所联系的观测长度和观测时间的关系，它只有速度量纲，并无速度意义。表明从静止或运动的角度考察时空，其时空关系是不同的。相对速度u越小，观测结果越接近本征量值；若相对速度u达到光速，便无法用光信号进行测量了。

光的传播速度是用空间距离长度和时间的比值，实际上我们人类所谓的以各种方式计量的时间，都是一种速度，也就是某过程的变化速度。因此用时光计量的时间，光速就是C数值的空间长度米与时间速度秒的当量。光速就是这样将空间长度程度与时间过程程度建立了等价关系，从而把时空联系起来的。

现代化的方法测量一个物体的长度可以不用尺，而用激光。为了在相对静止的参考系K'（火车）内测量火车车厢的长度，可在火车车厢的一端加一脉冲激光器和一接收器，另一端设一反光镜，精密测得光束往返的时间间隔dt' 后，即可得知火车车厢的长度：

L' = C T'/2

怎样找到在相对匀速直线运动速度为U的参考系（地面）K中测得的火车车厢长度L与L'之间的关系呢？在K系中观测，光束往返的路径长度d1 和d2是不等的，从而所需的时间dt1 和dt2也不等。设火车车厢以速度u延自身长度的方向运动，它在时间间隔dt1内走过距离Udt1 ，故d1= L+Udt1 ，而dt1= d1/C ，由此得dt1= L/（C-U）；同理，d2= L-udt2 ，而dt2= d2/C，由此得dt2= L/（C+U）；所以，其总的时间间隔为：

实际生活中，人们大都有过这样的经验，在一个完全没有风的下雨天，人站在地上不动，看到雨点是竖直下落的，但人若快速走动就需将伞稍微向前倾斜一定的角度才能将雨完全挡住。如果乘车行进会发现打在车窗上的雨迹是从前向后倾斜的。在汽车上看雨点有两种运动，一是垂直下落运动，二是汽车不能带动雨点，它和窗外景物一起有一个向后倒退的运动，这两种运动的合成使得雨点自然是向后偏斜的，可以用伽利略速度叠加原理求得这个偏斜角度。如果雨点是落在汽车的顶棚上然后再掉落下的，这种雨滴是被汽车所带动，人将发现它是垂直下落而不向后偏斜了。
类似地，站在地面上（o点）用枪射击一个很长的静止物体，设子弹的速度为V，枪口与物体A点的垂直距离为L'，则子弹击中物体A点的时间Tv' = L'/V ；若物体以速度U运动，站在地面上（o点）垂直瞄准物体A点扣动扳机时，实际击中的却是物体A点水平延线的B点，在地面观察者看来子弹击中物体B点的时间为Tv' = L'/V；B点上的观察者也可以认为自己未动，只有子弹相对其运动，在这种情形下，oAB构成一直角三角形，根据伽利略速度叠加原理，子弹的速度为(V2+U2)1/2 ，子弹延oB连线运行的距离为L' (1+U2/ V2)1/2，击中B点所需时间仍为Tv' ，oB连线与原oA连线的夹角为sinα= U/(V2+U2)1/2 。

使狭义相对论倍受推崇的并广泛采用的质能关系和质速关系，实际上并不能从狭义相对论符合逻辑规则地推导出来，加之从动力学的物理本质角度看，相对性原理是难以成立的。尽管如此，但二者却可以从牛顿经典力学理论和实验测试结合而得到，具体推导如下：

质量和能量都是物质的基本属性，具有一定质量的物质也必具有和这质量相当的能量。在质量和能量间引入一个换算系数η，将质量m与能量E之间的关系表示成E＝ηm ，于是，质量的增减和能量的增减就有着相应的关系：dE=d(ηm) =ηdm

由于 dE=Fds ，而 Fds=Fvdt=v(Fdt)
再根据牛顿第二定律的微分公式：Fdt=d(mv)= vdm+mdv

有dm/m=vdv/η(1-v2/η)

积分得：m=mo /（1-v2/η）1/2

火车处于运动状态，火车车厢中间点处的观察者看到和原地面对应位置的观测者看到的地面火车车厢前后位置的同时闪光是不同时的，这是因为相对运动时，作为观察信号的光传递速度不是无限大，使得位于车厢内中点位置的观察者趋近一个地面光源，趋远另一个地面光源，光信号不能同时到达车厢中部的观测者所致。但是，如果火车不是一个观测者而是从车厢前后排满了一排观测者，则理论上火车车厢就可以有观测者看到地面原位于车厢前后的闪光是同时的。这说明，爱因斯坦同时性的相对性分析是有条件限制的的。所以“同时性不是绝对的，而取决于观察者的运动状态，对于静止的观察者同时的两件事，对于运动的观察者就不是同时的。”这种说法不具有普遍性，是片面的，将其绝对化则是错误的。

一列载满了乘客的火车匀速经过站台，此时站台上分别位于火车前后位置的甲乙两个人同时向距两人中间位置的站台上的人各发射一脉冲激光弹，站台上被激光弹击中的人附近其他人观察到此人两侧同时被脉冲激光弹击中，而按照同时性的相对性分析，火车长度中间的乘客将看到是乙先发射的激光弹击中人，但是若被乙击中的人立即倒地，那么甲后发射的激光弹则势必继续前行将乙击中，可见此分析结果荒谬，好在火车上刚好到达被击中人位置附近的乘客会看到此人两侧同时被脉冲激光弹所击中。对地面某处来说同一时刻发生的两个事件，经同时性的相对性再深入分析，火车上有人认为是不同时的，有人认为是同时的，尤其对于被击者究竟是中了一弹还是两弹，火车上的人也有不同说法，甚至处于火车中部的人会认为站台上可能有两个人各中了一弹。总之，把光因相对运动行近距离不同导致接受光线时间不同来认定事件发生时间不同是狭义相对论的一大“发明”，是引发思维混乱导致百年争论不休的总根源。狭义相对论与牛顿经典力学出发点的根本差异在于，狭义相对论同时性的相对性分析，其前提是运动物体须有一定大小而不是质点，这使得狭义相对论关于质点的抽象和数学变换实际上不能用于真实事物的时空分析中。

光速不变性原理：在所有惯性系中测量到的真空光速c都一样。

“任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度 运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”

光速不变性理论上源自麦克斯韦电磁理论（真空中光速值恒定），实践方面出自迈克尔逊—莫雷实验（显示双程光速不变），为了得到洛伦兹变换的数学形式，爱因斯坦提出光速不变原理（单程光速不变）和相对性原理，导出洛伦兹变换以及后来的一系列狭义相对论的有关公式。但其所有的数学推导被反相者斥之为不顾数理逻辑规则的“拼凑”。光速不变原理直接涉及速度概念，而速度概念直接涉及时间和空间概念，所以光速不变原理的前提应是相对运动观察中的时间和空间问题。所有惯性系下光速不变是爱因斯坦狭义相对论中绝对不变的东西，这将导致时间和空间需要作出相应的改变调整，而所有惯性系下时间和空间不变是牛顿经典力学理论上绝对不变的东西，所以在经典力学的前提下无法理解所有惯性系下的光速不变。

相对性原理的问题

相对性原理:所有惯性系都是平权的，在它们之中所有的物理规律都一样。

“物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竞是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。”

狭义相对论的前提是依据其提出的两条原理：相对性原理和光速不变原理。伽利略最早阐明过相对性原理的思想，牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想，但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动。爱因斯坦进一步发挥了相对性原理，提出根本不存在绝对静止的空间，同样不存在绝对同一的时间，所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。对于任何一个参照系和坐标系，都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间。对于一切惯性系，运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律，它们的形式都是相同的。

相对性原理中所有惯性系都是平权的，侧重点在于所有惯性系之中所有的物理规律都一样。若用于不同惯性系间相互观察物理现象，则其在物理本质上绝不能是平权的，也不能是无限制的。比如，在地球的两侧同时各有一架飞机降落并着陆，若所有惯性系在物理本质上都是平权的，则两架飞机驾驶员都认为各自的飞机未动，是地球向飞机降落，使得飞机着陆，那么地球究竟是向那架飞机运动呢？地球向其中一架飞机接近必然远离另一架飞机，可见究竟是谁静止谁运动本质上是不能混淆的。再有，一艘轮船环绕地球航行，轮船驾驶员可以认为船未动而是地球相对船在运动，类似“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”，这在一定范围内描述现象是可以的，但若范围无限制，只通过现象观察便无限推演，那么认为轮船不动却能环绕地球一周，就只能是地球沿轮船环绕的方向逆时针旋转，这可能吗？尤其是再有一艘轮船同时按前面那艘轮船的反方向环绕地球航行，地球能同时向两个相反的方向旋转吗？另外，使惯性巨大的的地球向飞机靠近或沿轮船环绕的方向逆时针旋转，是谁给提供的巨大动力呢？当相对运动的飞机或轮船后来又静止在地球上时，地球是如何刹闸的呢？那些以相对性原理为根据断定哥白尼的日心说和托勒密的地心说没本质区别的人是在谈