光速不變原理其實是狹義相對論的兩條基本假設(shè)，另外一條是相對性原理。愛因斯坦就是利用這兩條基本假設(shè)推導(dǎo)出了整個狹義相對論。其實這種方式是很復(fù)古的，數(shù)學(xué)中，歐幾里得幾何學(xué)就是利用5條基本假設(shè)，推導(dǎo)出了整個平面幾何學(xué)，愛因斯坦與此是如出一轍的。
那什么是光速不變原理呢？具體的定義是這樣的：
無論在什么樣的慣性參照系中進行觀察，光在真空中的傳播速度相對于觀測者都是同一個常數(shù)，這個常數(shù)不隨光源和觀測者所在參考系的相對運動而改變。這個常數(shù)是299,792,458 m/s。
簡單翻譯一下就是，無論你在什么位置什么狀態(tài)下看到光的速度都是一樣的，也就我們常說的光速，他不會隨著參考系的不同的而不同。
我們可以舉個例子來具體感受一下，如果有個人在車上以5m/s的速度運動，他的運動方向與車的運動方向是一致的，而車速是10m/s。請問，如果有個地面觀測者，他看到人的速度是多少？
其實很多人都可以一下子脫口而出，10+5=15m/s。那我們現(xiàn)在這樣，如果這個人手里還拿著一個手電筒，并且向前照射，那請問車上的人，地面上的參考者來說，他們看到的光的速度是多少？
按照上文的方式，實際上的結(jié)果就會是，車上的人看到的是光速c；而地面參考者看到的速度就是光速+車速+人運動的速度，也就是（c+15）m/s。
可光速不變原理告訴我們，無論是地面參考者還是車上的人，甚至上天上還有一種鳥在勻速地飛，他們看到的這光的速度都是c。
那么問題來了，為什么會這樣的呢？這明明很不符合我們的直覺。
實際上，這事還要從伽利略說起，我們剛才提到的相對性原理，本質(zhì)上就是伽利略提出來的伽利略變換。那你可能要問了，啥是伽利略變換？
我們可以簡單粗暴地理解成剛才上文用到10+5=15m/s來理解，也就是，判斷物體是否運動，其實要先選取參照系。
后來，牛頓在提出他的力學(xué)理論時，就引用了伽利略變換。（不過，牛頓的觀點是和伽利略稍微有點出入的，這里就不細說了。）而牛頓力學(xué)在宏觀低速下是和現(xiàn)實情況十分擬合的，大多數(shù)的人都在使用牛頓的理論來解決日常的運動學(xué)和力學(xué)的問題。
牛頓的這套理論其實是真的很準，深受廣大學(xué)者和人民群眾的喜好，甚至還可以拿來預(yù)言天體的存在，比如：海王星就是科學(xué)家利用牛頓理論僅僅依靠筆和紙就算出來的。
可好景不長，麥克斯韋提出了電磁學(xué)理論，用麥克斯韋方程統(tǒng)一了“電”和“磁”，同時預(yù)言了電磁波的存在。
麥克斯韋這套理論其實和牛頓理論在物理學(xué)史上的地位是有一拼的，麥克斯韋方程可以描述所有關(guān)于“電”和“磁”的現(xiàn)象，與牛頓理論一樣，這套理論也被廣泛接受。照理說，原本這是沒啥問題的，可偏偏兩者出現(xiàn)了矛盾。這個矛盾源自于，麥克斯韋方程可以推導(dǎo)出光速c=1/ε0μ0。這里的ε0是真空介電常數(shù)，而μ是真空磁導(dǎo)率，這兩個都是常數(shù)，也就是說光速c也是個常數(shù)?？蛇@不對啊，因為在牛頓理論中，一個物體的速度到底多少要取決于所選取的參考系，于是兩者就出現(xiàn)了矛盾。
所以，從麥克斯韋之后，物理學(xué)界就陷入了調(diào)和兩大理論矛盾的困境之中，這當中有許許多多的人花了大把的時間試圖搞清楚其中的原因。當時比較主流的認同是，存在一種叫做“以太”的東西，它是光傳播的介質(zhì)。（在地上，光是一種波是主流觀點。波粒二象性還沒有被提出來。）這其實就和水波傳播需要水作為介質(zhì)是一回事，假設(shè)出來的“以太”就是光的“水”。
但科學(xué)家光假設(shè)是沒辦法推動理論發(fā)展的，到底對不對還要靠實驗和觀測。于是，又有大把的實驗物理學(xué)家想通過實驗找到“以太”存在的證據(jù)。結(jié)果，他們?nèi)际×?。（其中比較有名的就是邁克爾斯莫雷實驗。）
當“以太”不存在已經(jīng)成為了定局時，科學(xué)家又開始思考其他的路徑，其中比較有名的就是洛倫茲和龐加萊。他們都曾無限接近于提出狹義相對論，但都失敗了。
而愛因斯坦直接拋棄掉了傳統(tǒng)的束縛，果斷提出了“光速不變原理”，并結(jié)合伽利略變換推導(dǎo)出了狹義相對論?？赡苣阋獑柫?，為什么是愛因斯坦提出了光速不變原理，關(guān)于這個問題，我覺得楊振寧就說得很有道理，他曾在自己的一篇名為《機遇與眼光》的文章中寫到
洛倫茲有數(shù)學(xué)，但沒有物理學(xué)；龐加萊有哲學(xué)，但也沒有物理學(xué)；
正是 26 歲的愛因斯坦敢于質(zhì)疑人類關(guān)于時間的原始觀念，堅持同時性是相對的，才能從而打開了通向微觀世界的新物理之門。
