光速是自然界中最基本的常數(shù)之一，它在愛因斯坦的相對論中扮演著至關(guān)重要的角色。然而，在廣義相對論的發(fā)展過程中，愛因斯坦曾經(jīng)探索過一種光速可變的理論。在這篇文章中，我們將從頭講述對光速認(rèn)識的發(fā)展。

在19世紀(jì)末，物理學(xué)界普遍接受了麥克斯韋的電磁理論，認(rèn)為光是一種電磁波，它在真空中以恒定的速度傳播。然而，這個假設(shè)與牛頓力學(xué)和伽利略相對性原理相矛盾。根據(jù)伽利略相對性原理，如果一個觀察者以某個速度沿著一個方向運(yùn)動，那么他看到沿著同一方向運(yùn)動的另一個物體的速度就要減去他自己的速度。

例如，如果一個觀察者以10米/秒的速度向東行駛，他看到一個以20米/秒向東行駛的汽車，那么他會認(rèn)為汽車相對于他只有10米/秒的速度。但是如果這個物體是一束光呢？根據(jù)麥克斯韋理論，無論觀察者如何運(yùn)動，他都應(yīng)該看到光以c=299792458米/秒的速度傳播。這就產(chǎn)生了一個悖論：如果兩個觀察者以不同的速度運(yùn)動，他們看到同一束光的速度應(yīng)該是一樣的還是不一樣的呢？

為了解決這個悖論，許多物理學(xué)家試圖尋找一個可以解釋光速恒定性的參考系，即所謂的“以太”。他們認(rèn)為真空并不是空無一物的，而是充滿了一種無形無質(zhì)量的介質(zhì)，它可以作為電磁波的載體。他們假設(shè)以太是絕對靜止不動的，并且所有物體都在以太中運(yùn)動。因此，在以太參考系中，所有觀察者都可以看到光以c=299792458米/秒的速度傳播。然而，在其他參考系中，由于觀察者相對于以太有不同的運(yùn)動狀態(tài)，他們看到光的速度就會有所不同。

為了驗證這個假設(shè)，1887年美國物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷進(jìn)行了著名的邁克爾遜-莫雷實驗。他們利用一個精密的干涉儀，在兩個垂直方向上測量了來自同一源頭的兩束光在經(jīng)過反射后重合時產(chǎn)生的干涉條紋。他們預(yù)期，在地球繞太陽公轉(zhuǎn)時，由于地球相對于以太有不同的運(yùn)動狀態(tài)，兩束光在兩個方向上經(jīng)過以太傳播時所花費(fèi)的時間應(yīng)該有所不同。這樣就會導(dǎo)致兩束光之間產(chǎn)生一個相位差，并且隨著地球位置和方向的變化而周期性地改變。這個相位差就會反映在干涉條紋上，并且可以通過旋轉(zhuǎn)干涉儀來觀察和測量。

然而，邁克爾遜和莫雷發(fā)現(xiàn)，在實驗精度范圍內(nèi)，并沒有觀察到任何干涉條紋隨時間或方向而改變。這意味著兩束光在兩個方向上經(jīng)過真空傳播時所花費(fèi)的時間沒有任何差別。換句話說，在地球參考系中，來自任何方向的光都具有相同且恒定的速度c=299792458米/秒。這個結(jié)果與以太假設(shè)完全相悖，并且給物理學(xué)界帶來了巨大的沖擊。

邁克爾遜-莫雷實驗后，物理學(xué)家們試圖用各種方法來解釋實驗結(jié)果和拯救以太假設(shè)。其中最著名也最成功的是洛倫茨和菲茨杰拉德提出了一個假設(shè)：當(dāng)一個物體相對于以太運(yùn)動時，它會沿著運(yùn)動方向收縮一個因子，同時它上面運(yùn)行的時鐘會減慢一個因子，這樣兩者互相抵消就可以解釋為什么邁克爾遜-莫雷實驗沒有檢測到任何效應(yīng)。

1905年，愛因斯坦打破了傳統(tǒng)的觀念，提出了狹義相對論，它是一種全新的物理理論。他從兩個基本假設(shè)出發(fā)：一是物理定律在所有慣性參考系中都是相同的，二是真空中的光速在所有慣性參考系中都是恒定的。他用狹義相對論完美地解釋了邁克爾遜-莫雷實驗的結(jié)果，并且預(yù)言了許多新的現(xiàn)象，如長度收縮、鐘慢效應(yīng)等。

然而，愛因斯坦并沒有完全放棄光速可變的想法。在1907年到1915年間，他曾經(jīng)嘗試過將光速作為時空的函數(shù)來建立一個更一般化的相對論。1911年，愛因斯坦發(fā)表了一篇論文，給出了光速與引力勢之間的關(guān)系。1913年，他認(rèn)為光速恒定原理只在引力勢恒定的特定時空區(qū)域中成立。

在愛因斯坦的光速可變理論中，由于光速與引力勢有關(guān)，所以引力梯度是引起光線偏折的原因，這就像在致密介質(zhì)中光的折射是一樣的。這樣一來，他就可以用類似的惠更斯原理來推導(dǎo)光線偏折。愛因斯坦根據(jù)這個假設(shè)，推導(dǎo)出了在太陽附近的光線偏轉(zhuǎn)為“將近一弧秒”。1919年，愛丁頓利用日食對廣義相對論進(jìn)行驗證，光速可變得到的結(jié)果僅為廣義相對論得到的正確數(shù)值的一半。

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雖然最后愛因斯坦放棄了光速可變原理，但之后還有其他人還在進(jìn)行這項研究。比如1957年羅伯特·迪克提出了另一種光速可變的引力理論，還有宇宙膨脹替代理論的現(xiàn)代光速可變宇宙學(xué)理論。然而，這些理論受到了很多質(zhì)疑，如何測量光速也成了很大的問題，因為現(xiàn)在長度和時間依賴于對光速的定義。