光速不變性

這是愛因斯坦假設中怪異而革命性的那一半。它說：真空中的光永遠以相同的速率運動——c，約為 3.00 x 10^8 m/s（每秒三億公尺）——對每一位慣性觀測者皆然，無論光源移動得多快，也無論觀測者移動得多快。日常直覺會大喊這不可能：你若追一輛駛離的車，它相對於你的速度會下降；然而你去追一道光束，它仍以完整的 c 遠離。

精確地說：真空中的光速是不變量，意思是它在每一個慣性參考系裡都具有相同的數值。普通的速度會照常識所預期的方式相加（在時速 20 m/s 的火車上向前以 5 m/s 丟球，球相對於地面以 25 m/s 前進）。光卻頑固地拒絕配合。無論手電筒是朝你飛來還是離你而去、無論你朝光束衝去還是逃離它，你測得的光都恰好以 c 逼近。這不是我們儀器的極限，而是時空本身的構造。

後果極其深遠。如果人人都必須對光速——距離除以時間——取得共識，但觀測者們彼此運動不同，那麼他們就無法對距離與時間本身取得一致。總得有東西讓步，而讓步的正是自牛頓以來我們一直假定的那把絕對、通用的時鐘與尺。時間膨脹、長度收縮與同時的相對性，全都是為了維持 c 恆定所付出的代價。