常數 c，通常被認為是光速，其實不單指光的傳播速度。
你可能聽說過，在真空中光速c 是任何事物能夠達到的最快速度。這并不總是正确的。
特别是在某些被稱為“異步過程”（metachronal processes）的情況下，這一說法不成立。所謂異步過程，指的是那些經過精心安排或編排的過程，其中各個子過程之間的因果關系都發生在它們各自的過去。在這種情況下，資訊或影響似乎是“超光速”傳播，但實際上并不違反相對論的光速限制，因為這些子過程之間并沒有真正的即時因果聯系，它們是事先安排好的。
光速也在那個著名的等式 E = mc² 中出現，這個公式實際上隻是更廣泛實體關系 E² - p²c² = m²c⁴ 的一個特例，這個更全面的公式涵蓋了動量 p、能量 E 和靜止品質 m 之間的關系。光到底與某物的能量有什麼關系？光在宇宙中似乎具有特别深刻的意義。
将常數 c 僅僅視為光速是一種誤解。實際上，c 代表的是宇宙中的一個更基本的幾何屬性。雖然我們通常認為 c 是光速，但這隻是因為光的實體特性使它的速度恰好等于這個幾何屬性所定義的速度。
想象一下，有一輛模型火車在軌道上以一定速度行駛，同時，有一個小孩用一根繩子拖着一個玩具車，這個玩具車的速度恰好與模型火車的速度相同。這種相同的速度并不是因為玩具車本身的特性，而是因為它被繩子與模型火車聯系在一起。是以，玩具車的速度是由它與模型火車的關系決定的，而不是獨立存在的。同樣，光速也是這樣。光速并不是光獨有的特性，而是宇宙的一個基本屬性。
愛因斯坦和光
阿爾伯特·愛因斯坦因其著名的 1905 年論文《論動體的電動力學》（Zur Elektrodynamik bewegter Körper）而被認為是相對論的創始人。
在分析邁克爾遜-莫雷實驗的重要發現時，這一實驗提出了與傳統實體學相悖的結果：在不同的參考系中光速是恒定的，這與伽利略理論中速度相加的直覺理念相沖突。伽利略理論暗示，如果在一個移動物體上發射光線，那麼光速應該是該物體速度和光速的總和，但實驗結果顯示，光速實際上是一個固定值，不受參考系運動狀态的影響。
在愛因斯坦之前，已有實體學家如亨德裡克·洛倫茲和亨利·龐加萊探讨了這一現象。他們在理論上提出，為了使光速在不同參考系中保持恒定，麥克斯韋方程——一組描述光波傳播的方程——需要在相對運動的參考系之間以特定方式轉換。在麥克斯韋理論中，光速被定義為基于靜電學和磁靜學的常數，這表明如果麥克斯韋方程在不同參考系間形式保持一緻，那麼光速也應當是恒定不變的。
在探讨時間和相對運動的問題上，洛倫茲和龐加萊并沒有明确表明在不同參考系中時間坐标 t 是否代表實際的時鐘時間。他們提出了一個“有效時間”的概念來解釋他們的發現，這個概念與傳統意義上的時鐘時間有所差別。
盡管他們的理論在當時看來是有道理的，但他們沒有直接探讨一個重要的問題：在相對運動的情況下，不同參考系的時鐘是否會記錄到不同的時間變化。這個問題的核心在于，時間可能并非絕對不變，而是根據觀察者的運動狀态而有所不同。
愛因斯坦則是第一個全面接受并公開表達這一觀點的科學家。他明确提出，在相對運動中，不同觀察者的時鐘實際上會以不同的速率運作。這個觀點成為了他的相對論理論的一個重要組成部分，它徹底颠覆了人們對時間和空間的傳統了解。簡而言之，愛因斯坦的觀點指出，時間是相對的，可以根據觀察者的相對速度而發生變化。
實體學家弗拉基米爾·伊格納托夫斯基在愛因斯坦發表其著名論文幾年後，對洛倫茲變換進行了更深入的研究。洛倫茲變換是一組數學方程，用于描述在不同速度下觀察者之間時間和空間是如何變化的。伊格納托夫斯基專注于探究能夠推導出這些變換的最基本假設是什麼。
他的研究結果表明，依據伽利略相對性原理本身就足以推導出洛倫茲變換。伽利略相對性原理導緻了一系列的洛倫茲變換形式的出現，這些變換是以一個未知常數 c 為參數的。這表明伊格納托夫斯基找到了洛倫茲變換的準确形式，但是這個常數 c 需要通過實驗來确定。
如果按照伽利略的思路，認為在所有參考系中時間都以相同方式測量，那麼在常數 c 取無限大值的情況下，就會得到洛倫茲變換的一個極限形式。這意味着在光速遠大于物體速度的情況下，洛倫茲變換可以簡化為伽利略變換。
邁克爾遜-莫雷實驗在實體學中扮演了一個關鍵角色，特别是在揭示伊格納托夫斯基理論中的未知常數 c 方面。這個實驗原本旨在探測“以太風”，卻意外地證明了一個重要事實：光速在不同參考系中是恒定的。這一發現與伊格納托夫斯基提出的理論相吻合。
這是“純粹的巧合” ，麥克斯韋方程和光甚至沒有在伊格納托夫斯基的理論中被考慮。是以邁克爾遜-莫雷實驗現在找到了一個以 c 移動的東西。伊格納托夫斯基的理論還表明，宇宙中隻能有這樣一個特殊的通用速度 c。是以，邁克爾遜-莫雷實驗實驗性地證明了麥克斯韋方程暗示的重大猜測，并向我們展示了我們生活在一個有限 c 的宇宙中，而且恰好是光速！
是不是很優雅？我認為這是愛因斯坦開始後悔自己對數學不夠重視的地方。伊格納托夫斯基的方法用簡單、優雅的群論修飾，将幾個深刻的問題聯系在一起，而不是愛因斯坦那種幾乎不可能讓現代人了解的方程式。
至少愛因斯坦在提出廣義相對論之前得到了一些數學指導，特别是來自他一生的數學家朋友馬塞爾·格羅斯曼的幫助！
是以我們現在應該将 c 視為在所有慣性參考系中始終被測量為相同值的唯一速度，而光被實驗發現是以這個速度移動的。邁克爾遜-莫雷實驗在我們考慮光量子時的另一個推論是，光子的靜止品質為零。
在實體學中，有一個相對論性方程
關聯了粒子的能量、動量和靜止品質。這個方程表明，一個粒子的四維動量（結合時間和空間的相對論動量概念）在闵可夫斯基空間（一種用于測量四維空間距離的方式）中的長度，等同于該粒子在其靜止參考系中的能量。這一點揭示了能量、品質和動量在相對論中是如何互相關聯的。
光子生活在光錐上，它們沒有靜止參考系，它們的總能量完全包含在運動能量中。
光并不獨特
在最近十年已經得到實驗驗證的科學發現：常數c，通常被認為是光速，其實是一個比光本身更基礎的宇宙常量。這一點在過去的十年裡，特别是自從 2017 年觀測到 GW 170817 引力波事件以來，已經得到了明确的實驗證明。這個事件是觀測到的引力波與光速相同，驗證了引力波也以速度 c 傳播。這一發現在實體學界具有重要意義，因為它不僅證明了廣義相對論中的預測，也強調了光速 c 作為宇宙中一個基本且普遍速度的地位。
在 2017 年 8 月 17 日這一天發生了一件天文學上極其重要的事件。美國的 LIGO 引力波探測項目和歐洲的 VIRGO 探測站捕捉到了來自 NGC 4993 星系的一次強烈引力波事件，這被認為是兩顆中子星發生合并的直接證據。在這兩顆中子星發生合并大約 1.7 秒後，位于地球軌道上的 Fermi 和 INTEGRAL 伽馬射線望遠鏡探測到了來自同一天區的伽馬射線爆發。
信号源是 1.44 億光年外兩顆中子星的合并，引力波信号首先被捕獲，緊接着在 1.7 秒之後，相同來源的伽馬射線爆發被探測到。這個短暫的時間差異在考慮到整個 1.44 億光年的距離後，提供了一個令人印象深刻的證據，證明光速和引力波的速度是一緻的。具體來說，這 1.7 秒的延遲在整個旅行距離中所占的比例極其微小，其準确度可以精确到 10 的 16 次方的四分之一。這個數值表明了在如此龐大的時間和距離尺度上，這種延遲幾乎可以忽略不計，展現了觀測的高度精确性。
但更令人印象深刻的是，在分析兩顆中子星合并事件時，天體實體學家們進行了精确的計算，以确定從合并産生的密集物質（被稱為碎片霧）中光逃逸所需的時間。他們發現，幾乎所有的 1.7 秒延遲時間——具體來說是超過 1.6 秒——都可以通過這種方式來解釋。這意味着，在引力波信号和随後探測到的伽馬射線爆發之間的這段延遲時間中，隻有大約十分之一秒的部分尚未得到解釋。
根據廣義相對論的預測，引力波應該以光速 c 傳播。是以，當實驗結果證明了這一點，全球的實體學界并沒有表現出太大的驚訝，因為這與理論預期相符。但對于觀察者個人而言，這一科學發現仍然帶來了深刻的情感影響。盡管這個結果在科學領域可能被預見，但它對個人來說具有特别的意義。
這個發現不僅僅是對一個已知科學理論的驗證，更是對光速 c 在宇宙中作為一個基本和普遍原則的确認。這種認識超越了光速作為特定實體過程中的傳播速度，而是揭示了它作為宇宙根本特性的重要性。