电的传播速度接近光速

人类对速度的理解历程

人类对速度的理解并不是一蹴而就的，而是经历了漫长的探索过程。古希腊时期，以亚里士多德为代表的自然哲学家们认为，物体在没有外力作用下是绝对静止的，运动的物体也有一个绝对的速度。也就是说，一个铁球在你面前是静止的，除非你推它，它才会滚动，且速度对所有人都是相同的，比如10米/秒。这是一种简单直观的理解，但它忽略了观察者自身的速度，即我们现在所说的“参照物”或“参考系”。

参考系的概念是一个重要的突破。如果亚里士多德站在岛上，看到一艘轮船缓缓驶过，你问他船舱里的人是静止的还是运动的，他可能会感到困惑。而现在我们知道，船上的物体相对于船本身是静止的（速度为0），但相对于岛屿，它们是运动的（速度大于0）。这说明，物体的速度会因参照系不同而变化。

我们现在明白，定义速度必须依赖于参考系，否则就失去了物理意义；任何物体都可以作为参考系来定义其他物体的速度。这一认识使得我们理解到宇宙中不存在绝对的静止或运动，一切速度都是相对的。我们将这套理论称为“相对性原理”。

光速与相对论

然而，人类对速度的理解在面对光时遇到了新的挑战。光的速度极快，科学家们如伽利略、罗默、牛顿、惠根斯、迈克耳孙等经过努力，最终测量出光速约为30万公里/秒。但随之而来的问题是，这个速度相对于什么参考系而言呢？

人们最初认为光速也像其他速度一样，会因参考系不同而变化。但麦克斯韦方程组显示，电磁波在真空中传播的速度与光速一致，且这个速度对任何参考系都是恒定的。也就是说，光是一种电磁波，以电和磁的相互转换向前传播，真空中的光速恒定不变，无论你静止还是以10万公里/秒的速度奔跑，光速相对于你始终是30万公里/秒。

这一结论颠覆了常识。按照常识，如果我以10万公里/秒的速度与光同向奔跑，光速相对于我应该只有20万公里/秒。但实验证明麦克斯韦方程组是正确的，光速确实不变。这让物理学家们困惑不已，直到爱因斯坦的《论动体的电动力学》（即《狭义相对论》）提供了解释。

爱因斯坦在《狭义相对论》中提出，时空本身是相对的。在不同的参考系中，时间的长短会不同。例如，如果你在以50%光速的飞船上旅行，你的时间会流逝得比地球上慢。这是由于速度会“拉长”时间，在高速参考系中，1秒的时间比低速参考系中更长，这种现象称为“时间膨胀效应”。

由于时间长度的变化，虽然在不同参考系中测量的光速都是每秒30万公里，但每个参考系中的1秒长度不同，因此光速不变和相对性原理之间的矛盾得到了解决。爱因斯坦用一个颠覆常识的理论解释了另一个颠覆常识的现象，而大量的实验和观测也验证了时间膨胀效应的正确性。

在低速状态下，时间膨胀效应微小，速度的相对性更为明显；而在接近光速的状态下，时间膨胀效应变得显著，速度的相对性则不那么明显。这是目前科学界对光速不变原理的主要解释。