對於光速和光速不變，網路上會有很多科普文有詳細解釋，很多科普文甚至會以相當專業的物理學知識加以詮釋，之前本人也曾多次科普過有關光速的知識。今天就換一種角度，不再涉及任何專業的物理學術語和複雜的公式，從通俗易懂的故事開始說起。
科學的發展過程與我們個人的學習過程其實是很相似的。比如說，牛頓發表了自然科學數學原理，之後經過一百多年的研究，物理學家們發現很好很適用，與現實世界中的發現都能對得上，自然會信奉牛頓經典力學體系。
而正是這種信任，才會對牛頓力學體系下的伽利略變換深信不疑，更重要的是，伽利略變換的確符合我們的日常生活經驗，更符合我們的直覺。而且這個變換經過一百多年的驗證，實驗結果確實沒有發現任何錯誤。
何為伽利略變換？通俗理解就是平時我們用到的速度疊加。你我分別以每秒5米的速度反向奔跑，我們之間的相對速度就是每秒10米，這很好理解，也很符合我們的日常認知。
就在物理學界大佬們對牛頓力學體系深信不疑，甚至視為“神明”的時候，又一位物理學天才橫空出世，他就是麥克斯韋。
麥克斯韋提出了自己的一套理論體系，最終統一了電和磁，表明電和磁原來是一種東西。麥克斯韋的電磁理論中還藏著一個電磁波的傳播速度，一個常數c。
關鍵是，人們發現麥克斯韋的電磁理論太好用了，能解釋所有的電磁現象。於是，當時的物理學界把麥克斯韋的電磁理論看作有一個“神明理論”，電磁理論也享受到了與牛頓經典力學的同等待遇。
不過，有個名叫洛倫茲的物理學界大佬，忽然有一天從麥克斯韋的電磁學理論推導過程中發現了一個奇怪的事實，當變換座標系的時候，竟然不再遵循伽利略變換中的疊加體系，而是要比伽利略變換要複雜得多。
這個複雜的關係事實上就是洛倫茲變換，具體推導過程這裡就不再詳述了。
不過，即便如此，洛倫茲本人也沒有多想，包括他在內的絕大多數物理學家對牛頓力學體系都堅信不疑，即便是洛倫茲變換看起來與牛頓力學體系有衝突，也不意味著牛頓力學體系就有問題，很可能只是這個變換有其他解釋，其他說法，所以洛倫茲本人並沒有太在意。
不過，隨著物理學的不斷發展，人們發現洛倫茲變換與牛頓力學體系的衝突和矛盾越來越突出，最終發展到一個不可調和的結果：麥克斯韋電磁理論和牛頓力學體系，兩者之中必須有一個對的，而另一個是錯的！
直到這時候，物理學界大佬才開始撓頭：到底該怎麼辦？麥克斯韋電磁理論和牛頓力學體系到底哪一個是錯的呢？
不管哪一個是錯的，他們都是不能接受的，畢竟這兩個理論在當時的物理學界大佬眼裡都是“神”一般的存在。
但是，矛盾確實就擺在那裡，不可能視而不見吧。於是物理學界大佬們就開始“左右逢源”，試圖調和兩者之間的矛盾，而“以太”的概念就是這種背景下誕生的。
以太，是一種假設概念，被認為是絕對靜止的參照系，也是光速的參照系。在牛頓力學體系下，任何速度都需要有參照系才有意義，但麥克斯韋電磁理論推匯出來的光速是一個常數，根本沒有提到任何參照系。
當時的物理學界普遍不能接受“光速不需要參照系”這個結論，因為如果這個結論成立的話， 意味著牛頓力學體現就是錯的。但也不能直接否定“光速不需要參照系”這個結論，畢竟這個結論是麥克斯韋電磁理論推匯出來的。
怎麼辦呢？物理學界大佬們只能做出妥協，假設一種叫做“以太”的東西存在，這種以太充滿了宇宙中每個角落，它正是光速的參照系。
但是光假設不行啊，需要透過實驗驗證才可以，這也正是所謂的“大膽假設，小心求證”。
於是，就有了著名的邁克爾遜莫雷實驗，實驗的目的就是尋找以太存在的證據。其實除了邁克爾遜和莫雷之外，還有很多物理學家都做過類似的實驗。
這裡有必要強調一下，很多人認為邁克爾遜莫雷實驗證明了光速不變，結果確實是那樣的，但那只是後來人們才意識到的。實驗的目的只是為了尋找以太存在的證據，並不是為了證明光不變，因為當時的物理學界大佬根本就不相信光速是不變的。
甚至即便是實驗結果暗示了光速的確是不變的，不要說其他人了，連邁克爾遜和莫雷兩人都不相信實驗結果，他們寧願相信實驗過程某個地方出現了差錯，也不相信光速真的不變。
為什麼？剛才也說了，因為如果光速真的不變，就意味著牛頓力學體系是錯的，他們接受不了這樣的結果。
所以，當邁克爾遜和莫雷兩人看到實驗結果之後，他們的第一反應並不是因為發現了“光速不變”的證據而欣喜若狂，反而“憂心忡忡”，開始對實驗儀器和實驗過程進行重新檢查，看看實驗儀器是否精確，實驗過程是否嚴謹。在他們內心深處的潛意識裡，根本不存在“光速不變”的概念，他們更希望找到以太存在的證據。
不過，無論邁克爾遜和莫雷如何對實驗進行改進，結果都指向了“光速不變”，表明以太是不存在的。而且其他物理學家做的類似實驗結果也都是如此。
但即便如此，也沒有哪位物理學界大佬站出來認定“光速就是不變的”，他們做的只是用更多的假設來滿足以太存在的條件，而每一個假設其實就相當於一個“謊言”，說白了，他們只是在用“謊言來掩蓋謊言”。但是每一個假設，每一個“謊言”就相當於一個定時炸彈，其中任何一個引爆，都會導致“多米骨牌”效應，所有的“假設和謊言”都會被戳穿，轟然倒塌。
後來物理學界大佬發現，更多的假設不但沒有讓以太的概念站得住腳，反而引發了更多的矛盾。物理學界一時間也不知道該怎麼辦了，不知道到底哪裡出了問題。
而就在這時候，另一位物理學天才站了出來，他就是愛因斯坦。愛因斯坦認為，既然麥克斯韋方程組已經表明了光速就是一個常數，這就是一個事實，但是以太的概念並不是事實，只是一個假設，況且這種假設也經不起實驗的驗證，在這種情況下，為何一定要堅持以太的概念呢？為何光速就不能是一個不變的常數呢？
於是，秉承著“如無必要勿增實體”的理念，愛因斯坦拿著“奧卡姆剃刀”痛快地把以太的概念“咔嚓”掉了，提出了“光速不變原理”，在此基礎上，狹義相對論應運而生。
奧卡姆剃刀原理雖然不是科學理論，但在很多時候確實管用。按照這個原理，以太的概念確實是累贅，不但沒有解決任何問題，反而帶來了更多的麻煩。
科學就是這樣，任何科學理論都是在假設的基礎上建立起來的，但是假設越少越好，因為剛才說了每一個假設就相當於一顆定時炸彈，隨時都可能引爆。更關鍵的是，每個假設都需要經得起實驗的驗證。
而愛因斯坦僅僅在兩個假設的基礎上就提出了狹義相對論，這兩個假設分別是：光速不變原理和狹義相對性原理。
愛因斯坦的狹義相對論確實很偉大。
第一，狹義相對論並沒有否定麥克斯韋電磁理論，某種意義上講，恰恰是麥克斯韋電磁理論給了愛因斯坦很多靈感。
第二，狹義相對論也沒有完全否定牛頓經典力學，只是表明了牛頓經典力學有些瑕疵，認為牛頓經典力學在低速的情況下非常好用，但一旦速度來到亞光速，就不太好用了。
到這裡，很多人會提出更深刻的疑問：為什麼光速是不變的呢？為什麼要用洛倫茲變換而不是更簡單的速度疊加，也就是伽利略變換呢？
不知道。這就是大自然呈現出來的事實，我們不清楚為什麼，但我們看到了，事實就是這樣，那麼我就得相信，事情就是這麼發生的，同時所有的物體真的都遵循這樣的規律。
就像“重的物體和輕的物體同時落地”一樣，事實就是這樣，你要問“為什麼”，我也不清楚，不僅是我，我相信沒有任何人真的明白到底為什麼，沒有人知道背後真正的底層邏輯。
還有比如說“蘋果落地”，蘋果為什麼落地？你可能會說萬有引力，那為什麼會有萬有引力呢？為什麼兩個物體就必須相互吸引而不是相互分離呢？
你可能會說“時空彎曲”，那為什麼會有“時空彎曲”呢？
發現沒有？不管你給出什麼樣的回答，我總是能一直追問下去。而這個問題其實就像“人們為什麼活著”一樣，不可能有最終的答案的。
科學就是這樣，不斷髮現各種規律，逐漸接著世界的本質，世界的真相，但永遠找不到最終的真相，不管這個真相是否存在，我們都找不到。正所謂“學海無涯”。
科學正是透過不斷髮現客觀存在的事實，然後才能總結出世界運作的規律，而“光速不變”正是這樣的事實，正如“蘋果落地”也是這樣的事實一樣。我們不知道光速為什麼不變，光速為什麼不能與其他速度疊加，我們只是發現了那個事實罷了。
說白了，光速不變就是假設，也是公理，公理就不需要理由，不需要證明。人們透過各種方式觀測到光速真的是不變的，當然會做出“光速不變”這個假設，更何況麥克斯韋電磁理論中，光速的確是一個常數。
完！
