在物理学中几乎没有比光在真空中的传播定律更简单的定律了。每个上过学的孩子都知道，或者我们相信他知道，光是沿直线以c=300 000km/s的速度传播的。无论如何，我们已经非常精确地知道：所有色光的速度都是相同的，否则当一颗恒星被邻近的暗天体掩食时，不同色光的最小发射值（minimum of emission）就不会被同时观测到。荷兰天文学家德西特（De Sitter）根据对双星的观测，也以相似的理由指出：光的传播速度与发光体的运动速度无关。关于光的传播速度与其在“空间中”的方向有关这个设定，事实上是难以成立的。

简而言之，我们可以假设“光（在真空中）的速度是恒定的”这一简单定律已有充分的理由被孩子们接受。但谁会想得到这个简单的定律竟会使缜密深思的物理学家陷入智力上极大的困难呢？让我们来看看这些困难是如何产生的。

当然，我们必须依据一个刚性参照系（坐标系）来描述光的传播过程（其他的每一种过程都是如此）。让我们再次选择路基作为这样的参照系，并假设路基上方的空气已被抽空。假如有一道沿着路基传播的光线，我们从上方可以看到，这道光线的前端相对于路基正以速度c传播。现在我们假设车厢仍以速度v在铁轨上行驶，其方向与光线的方向相同，不过车厢的速度比光的速度要小得多。我们来探究一下这道光线相对于车厢的传播速度。在这里，我们可以应用前一节的论述，因为光线就好比相对于车厢走动的人，人相对于路基的速度W在这里被光相对于路基的速度取代，w是所求的光相对于车厢的速度，因而我们得到：

w=c–v

于是，光线相对于车厢的传播速率出现了小于c的情况。

但是这个结果与第5节阐述的相对性原理相抵触。因为根据相对性原理，光在真空中的传播定律与所有其他的普遍性自然定律一样，不论是以车厢作为参照系还是以铁轨作为参照系，都必须是一样的。但是，从我们前面的论述来看，这一点似乎是不可能成立的。假如每一道光线相对于路基都以速度c传播，那么基于此，似乎光相对于车厢的传播就必然遵循另一定律——这是一个与相对性原理相抵触的结果。

考虑到这种两难情况，除了放弃相对性原理或光在真空中传播的简单定律外，似乎没有其他办法。仔细阅读以上论述的读者几乎都认为我们应该保留相对性原理，因为它是自然而简单的，对知识分子很有说服力。因此，光在真空中的传播定律必须用一个较为复杂且合乎相对性原理的定律来取代。然而，理论物理学的发展显示我们不能遵循这个途径。洛伦兹 对与运动物体相关的电动力学和光学现象所进行的具有划时代意义的理论研究表明，在这一领域中的经验会无可辩驳地产生一个关于电磁现象的理论，而真空中光速的恒定性这一定律是它的必然推论。因而，尽管不曾发现与相对性原理相抵触的实验数据，杰出的理论物理学家们还是更倾向于舍弃相对性原理。

相对论正是在这样的背景下登上了舞台。由于分析了时间和空间的物理概念，事情变得明朗：相对性原理和光传播定律两者并没有不相容的地方，而且假如同时系统贯彻这两条定律，就能得到一个逻辑严谨的理论。这个理论被称为狭义相对论（special theory of relativity），以区别于推广了的理论，至于广义理论，我们留待以后再讨论。下面我们将陈述狭义相对论的基本概念。 P2SNuo0Gt4KOGklv/1btoH36stTnIF6kztv5JfN7LqfuRXtGP7Vdg6AKF3XnEE7d