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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。学校里的每一个孩子都知道或者相信自己知道，光在真空中以c=300 000千米/秒的速度沿直线传播。无论如何，我们更确切地知道，这个速度对于所有颜色的光线都是一样的。若非如此，当一颗恒星被其黑暗的伴星所掩食时，其不同颜色光线的最小发射量就不可能同时观测到。根据对双星的观测，荷兰天文学家德西特（De Sitter）也基于类似的考虑表明，光的传播速度不可能依赖于发光物体的运动速度。认为光的传播速度与光“在空间中”的方向有关，这一假定本身不大可能成立。
简而言之，我们可以认为，学校里的孩子有充分的理由相信光（在真空中）以恒定速度c传播这一简单定律。谁会想到，这个简单的定律竟然会使认真思考的物理学家陷入极大的思想困难呢？让我们看看这些困难是如何产生的。
当然，我们必须参照一个刚体（坐标系）来描述光的传播过程（以及所有其他过程）。为此我们再次选取路基作为这种参照系。我们设想路基上方的空气已经抽去。如果沿着路基发出一束光线，则光线前端将以相对于路基的速度c传播。现在仍然假定我们的火车车厢以速度v在铁轨上行驶，行驶方向与光线的方向相同，速度当然要比光速小得多。现在我们问，此光线相对于车厢的传播速度是多少。显然，这里可以运用前一节的思考，因为光线在这里扮演了相对于车厢走动的人的角色。人相对于路基的速度W这里被代之以光相对于路基的速度c，设w是所求的光相对于车厢的速度，则有：
w=c-v
于是光线相对于车厢的传播速度比c要小。
但这个结果与第5节阐述的相对性原理是相冲突的。因为根据相对性原理，真空中光的传播定律就像所有其他普遍自然定律，不论是以车厢作为参照物还是以铁轨作为参照物，都必须是一样的。然而根据我们先前的论述，这似乎是不可能的。如果所有光线相对于路基都以速度c传播，那么因此之故，光相对于车厢的传播定律似乎就必然是另一条定律——这与相对性原理相矛盾。
由于这种两难困境，我们似乎只能或者放弃相对性原理，或者放弃简单的真空中光的传播定律。认真阅读了前面论述的读者几乎肯定会认为应当保留相对性原理，因为相对性原理非常自然和简单，对思想来说几乎无法抗拒。于是，必须用一条能与相对性原理一致的更复杂的定律来取代真空中光的传播定律。但理论物理学的发展表明这条路是走不通的。洛伦兹关于运动物体的电动力学和光学现象的开拓性的理论研究表明，这些领域中的经验必然会导出一种电磁现象理论，真空中光速恒定定律正是该理论的必然推论。因此，尽管未曾发现与相对性原理相矛盾的经验事实，一些著名的理论物理学家还是倾向于放弃相对性原理。
相对论正是从这里开始的。通过分析时间和空间这些物理概念，它表明， 相对性原理和光的传播定律其实绝非不相容 ，如果系统地坚持这两条定律，我们便可能得出一种逻辑上无可争辩的理论。这种理论被称为“狭义相对论”，以区别于我们将在后面讨论的推广的理论。接下来我们就来阐述狭义相对论的基本想法。
