NGUYÊN LÝ BẤT BIẾN CỦA TỐC ĐỘ ÁNH SÁNG LÀ GÌ?
Tốc độ là lượng vật lý biểu thị sự vận động nhanh chậm và phương hướng của vật thể. Kinh nghiệp sống hàng ngày của con người cho chúng ta biết: khi phán đoán trạng thái ra có thể cũng không giống nhau. Ví dụ rõ ràng nhất là: một người đứng trên mặt đất nhìn thấy trên đường quốc lộ có một chiếc ô tô đang chạy rất nhanh, nếu trong chiếc ô tô này có một người khác nhau hoàn toàn cách ly với thế giới bên ngoài, anh ta không nhìn thấy bất kỳ cảnh sắc nào bên ngoài ô tô và cũng không nghe thấy bất cứ âm thanh nào mà động cơ ô tô phát ra, vậy thì người trong xe này chắc chắn sẽ cho rằng chiếc xe đang dừng. Vì vậy mà học đưa ra những kết luận khác nhau là bởi vì hệ tham khảo mà mỗi người lựa chọn khác nhau. Người đứng trên mặt đường lấy cây cối, nhà cửa làm bối cảnh tham khảo và thấy vị trí của ô tô đang chuyển động, vì vậy tất nhiên anh ta cho rằng ô tô đang dừng. Tuy nhiên rất chiều quan sát đã chứng tỏ rằng, những kết quả có được khi làm thí nghiệm trên mặt đất giống như kết quả khi ở trên ô tô (giả sử ô tô chuyển động trên đường thẳng với tốc độ đều). Đây chính là nguyên lý tương đối về vật lý của Galilê, tức là nếu định luật lực học có hiệu quả trong một hệ tham khảo thì bất kỳ định luật nào khác tương đối với tốc độ đều. Định luật lực học này gọi là hệ quán tính trong số hệ tham khảo có hiệu quả.
Thành quả vật lý mà Anhxtanh phân tích mãi đến đầu thế kỷ XX đã cho rằng nguyên lý có tính tương đối của Galilê là nguyên lý có tính chính xác thông thường, ông đã chỉ ra thêm rằng: không chỉ có định luật lực học mà điện từ học và các định luật vật lý khác cũng đều có hình thức tương đồng trong tất cả các hệ quán tính.
Tuy nhiên, khi giải thích sự truyền của sóng điện từ, nguyên lý có tính tương đối lại phải gặp phải cục diện tiến thoái lưỡng nan: một mặt khoa học đã nghiên cứu chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ và tốc độ truyền của sóng điện từ trong chân không bằng với tốc độ ánh sáng trong chân không C, vậy dựa vào nguyên lý tương đối, tốc độ ánh sáng trong chân không C đều giống với tất cả hệ quán tính, cho dù chúng dừng tương đối hay vận động tương đối, nó không có quan hệ gì với sự vận động của nguồn sóng phát ra sóng điện từ. Mặt khác, bất kỳ vật thể nào vận động nhánh hay chậm đều tương đối với hệ tham khảo nhất định, vì vậy nếu nói ''tốc độ'' ánh sáng C đều tương đồng với bất kỳ hệ quán tính nào là không đúng.
Trước sự lựa chọn rất quan trọng này, vào tháng 9 năm 1905, Anhxtanh đã phát biểu bài luận văn có tiêu đề là ''Luật động lực điện học của vật thể vận động'' trong cuốn ''Niên giám vật lý'', ông đưa ra hai giả thiết cơ bản: một là nguyên lý tương đối, hai là nguyên lý bất biến của tốc độ ánh sáng, tức là trong tất cả hệ quán tính, tốc độ truyền ánh sáng trong chân không đều bằng C. Theo những kết quả đo đạc mới nhất này thì vào năm 1986, giá trị tốc độ ánh sáng được tính ra là: C = 299792458 km/s.
Vậy thì làm thế nào để lý giải được kết luận ''sự vận động nhanh chậm đều tương đối với hệ tham khảo'' rất phù hợp với kiến thức con người này? Anhxtanh cho rằng, khi vật thể vận động, những kết luận quan sát được trong hệ quán tính khác nhau có thể liên hệ lẫn nhau thông qua phương thức ''biến đổi Culong'', đó cũng chính là sự vận động nhanh chậm của vật thể ''nhìn thấy được'' từ một hệ quán tính, có thể thông qua phương thức ''biến đổi Culong'' để đoán ra sự vận động nhanh chậm của nó trong một hệ quán tính khác. Dựa theo sự biến đổi này, độ dài của một vật để đang vận động trên hướng vận động sẽ bị rút ngắn đi, khi tốc độ vận động của nó gần bằng 90% tốc độ ánh sáng thì theo tính toán, độ dài của nó chỉ bằng 1/2 ban đầu: hơn nữa, bước chạy của đồng hồ đang vận động cũng sẽ chậm hơn bước chạy khi dừng lại. Khi nó vận động với tốc độ ánh sáng, bước vận động sẽ hoàn toàn dừng lại. Dựa vào thời gian và không gian quan sát như vậy, nếu một vật thể tương đối với tốc độ ánh sáng C. Trong trường hợp này, kết luận ''sự vận động nhanh chậm đều tương đối với hệ tham khảo'' đã không phù hợp nữa. Do thường thức của con người có được trong trường hợp tốc độ vận động bé hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng nên trong thế giới vĩ mô của sự vân động với tốc độ thấp, con người không quan sát thấy kết quả do ''sự biến đổi Culong'' mang lại, vì vậy mà những kết luận thường thức đều rất có hiệu quả và không hề mâu thuẫn với nguyên lý bất biến của tốc độ ánh sáng.
