為什麼「光速不變」只有結果，沒有原因？

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光速不變是基於物理實驗的測量，那麼為什麼會使得光速不變？也就是說我們得到了光速不變的果，那麼它的的因是什麼？！

先有了麥克斯韋方程組。

愛因斯坦覺得，任何物理規律在不同的慣性系中應該是平權的，沒有一個特殊的「靜止的慣性系」（相對性原理）。那麼，物理定律在坐標系變換下應保持形式不變。

但是大家發現，麥克斯韋方程組在原有的伽利略變換下並不滿足相對性原理，而是在洛倫茲變換下滿足。

而洛倫茲變換的推論之一就是光速不變。這一點也被邁克爾遜-莫雷干涉實驗所驗證。（經評論提醒去掉了「後來」二字，感謝 @鄧巧指出）

其實後來我跟老師討論了一下，洛倫茲變換的interpretation可以不是光速不變，用別的理解（比如非各向同性的以太？）也可以解釋MM實驗。所以。。我們只是取了光速不變這種interpretation而已。。

佔個坑等我7號複習完電磁學來答
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好我現在考完物理了。先簡單說一下，過兩天補圖和公式推導

其實很簡單，光速不變的原因就是任何慣性系下物理規律不變，而麥克斯韋方程組就是一種「物理規律」。

假設我們在S(就地面好了)系下解麥克斯韋方程組，得到波動方程，很容易算得c=(ε0μ0)^(-1/2)。然後我們現在換作S"慣性系下(相對地面做勻速直線運動的參考系)，再解波動方程，會發現波速沒有任何變化。因為電磁波是互相自激發的，E和H的傳播並不需要介質。波動方程在新的慣性系S"下的解並沒有任何區別，波速自然也不變。也就是說理論上只要承認(1)麥克斯韋方程組 (2)相對性原理(任何慣性系下物理規律的形式不變)，那麼並不需要「光速不變原理」作為一個基本的假設。

但是然而我們現在所學狹義相對論兩假設都是(1)光速不變原理(2)慣性系平權，這其實是一個歷史遺留問題。愛因斯坦在建立狹義相對論的時候想要從兩個公理出發推出整個體系，但是他的物理直覺告訴他，這應該是一個非常非常基本的物理問題。從物理本質上來說，他認為麥克斯韋方程組只是物理大廈的一個角落(電磁學)的具體方程，不應該作為物理基本規律(相對論)的前提和假設。自然他選擇了看上去更加本質的「光速不變原理」作為他得到狹義相對論的兩個基本假設之一，並且獲得了巨大的成功。

很簡單的道理，你要解釋一個東西，顯然需要依賴於另一些東西。比如你解釋一個詞，需要用其他詞語或者一些動作啊，聲音啊什麼去解釋它。物理規律也是如此，要解釋一個東西，需要依賴其它的一些規律。
但是有個問題出現了，我不可能總是能用一個東西去解釋另一個東西。因為理論是有限的，如果所有的規律都能用其他規律解釋，那麼必然會出現循環論證。
舉一個最簡單的例子。一套理論，總共有3條規律:ABC。你可以說，若B成立，A成立。然後因為C成立，所以B成立，所以A成立。但是為何C成立呢？此時顯然你不能使用A或B去解釋C。怎麼辦？法一：你默認C是對的。法二：再尋找該套理論之外的規律DEF……去解釋C
但是已知理論始終是有限的，法二不可能一直重複下去，這時候只能採取法一。所以你會發現理論體系里總是有幾條規律是無法用其它規律解釋的，這樣的幾條規律就叫做原理。原理是整個理論體系的基礎，所有的規律最終都可以用原理來解釋。
光速不變就是愛因斯坦狹義相對論的一條原理。狹義相對論中所有的規律都是基於光速不變原理和相對性原理這兩條原理而來。原理不可再被解釋，只能假設成立，然後用實驗驗證，如果它符合事實，那麼理論成立，不符合事實，理論被證偽。
同時呢，原理也是可以選擇的，比如之前的那個簡單例子，我也可以把B作為基礎，假設B是對的，所以AC成立。
有人提到光速不變可以從洛倫茲變換推導出來。這實際上就是用洛倫茲變換代替光速不變原理作為一條新的原理。此時光速不變不是原理，它可以由洛倫茲變換這個原理推導而得。
最後，原理也不是永遠無法解釋，但這些解釋一定來源於這個原理所適用的理論之外。在牛頓理論中，牛頓三定律就是原理。但是相對論一出，牛頓定律自然而然可以由相對論的極限形式得到，這時候牛頓三定律就可以由牛頓體系之外的東西解釋，不再是整個物理體系的原理。
要是題主哪天發現光速不變原理可以由現今物理體系之外的一些更深層次的原理來解釋，那麼，恭喜，諾獎在向你招手。

你可以理解為，不同坐標系下變換，要有一個量是不變的，它正比於靜質量的平方，正好是光速的四次方。如果我沒記錯的話。
有個鏈接，有點不嚴肅，但是有意思。
http://songshuhui.net/archives/60128

先問是不是，再問為什麼……
光速不變當然有原因，但不是物理原因

首先，你看，速度=距離 / 時間
為了量距離，我們需要同時看見尺子的兩端

可是什麼是同時呢？別忘了光的傳播是有速度的。
和你距離相同的兩盞燈，看起來同時亮起，這樣算是真正的同時嗎？
距離相同，到達時間相同，要想推理出發生時間相同，還缺少一個關鍵的條件，那就是（光線）速度相同

而如果我們不做出這個假設，一切的後續測量都會因此帶來誤差
而你之所以不管從哪個方向去測量，光速都是相同的，就是因為你是通過這種方式去測量光線經過的距離的（即測量的方式本身中包含了光速不變的假設）

如果考慮到大量理論（系統）是建立於一階謂詞邏輯這一事實的話，我推薦的答案是——哥德爾不完備性定理——任何一個形式化的、相容的(consistent)公理系統都存在定（公）理不能被證明（偽）。

很多時候是因為選擇了題目所述命題作為公理系統的「公理」。若不然，如果公理系統是相容並且完整的（complete），可以將問題中的公理換為公理系統另一「定理」A，我認為所述事實依然成立。

很可惜的是，據我所知目前物理學在這一塊還沒有建立一個完整的理論。另外，如果理論是完整的，我也不確定它依然包含於一個初等數論系統。（但我傾向於認為它包含於一個初等數論系統，這是建立在我閱讀了前兩個高票答案和我自己的物理知識基礎之上的）

這確實是一個問題。也許有更深刻的背景。另外吐槽樓上那些說什麼實驗得到的，麥克斯韋方程組導出的，都沒有明白題主在問什麼。

光速不變不是結果，是公理，或者說的確切點是狹義相對論的兩個基本假設之一……比如乘法交換律的滿足是域的基本性質，那光速不變也是我們這個宇宙的基本性質，這裡不僅僅涉及到光速，不如說c這個常數本身是平坦宇宙時空空間與時間的量度關係，光傳播的速度不變只是這一性質的體現罷了，同理還有引力波，電磁場的傳播速度以及信息的最大傳遞速度，都是這一性質的體現。

"光速不變"是狹義相對論的基本假設，另一個假設是相對性原理
為什麼需要這個假設？
因為宇宙中時間尺度、空間距離、物體長度、物體速度、光速互為參照，所以假設一個不變數

麥克斯韋方程可以算出光速，但不能推導出光速不變。之後的電磁波測速雖然和公式推導出來的數值吻合，但科學家不能理解為什麼光速和參照系無關，直到相對論才確定下來的光速不變

任何物理都是建立的假設的基礎上的，光速不變就是假設，沒有原因（或者說現在找不到原因）。即使你找到了光速不變的原因，那原因的原因又是什麼？原因的原因的原因的原因可以無窮盡。所以物理是有基本的定律的，這些定律是沒有原因的。

光速不變，只是電磁學的一個推論。

電磁學理論要成立，必須要求光速不變。光速如果是變的，電磁學就不成立。

但目前為止的所有電磁學的實驗，結果都是符合電磁學理論的。所以，目前為止，電磁學理論是成立的，沒有錯。那麼，肯定光速也只能不變。

電磁學的理論，先於光速不變。前者是根，後者只是推論。這樣來理解，整套理論體系，才好理解。

因為現在的所有實驗，幾乎都和電磁現象有關係，離不開電磁現象，當然，就會發現，光速始終是不變的。因為，利用電磁手段來進行實驗測量，不可能得出背離電磁理論的結果，當然只能得到光速不變的結果。

但是，引力和量子力學中，因為這兩個領域，並不和電磁學是完全重複的。所以，在這兩個領域，光速是不是不變，現在都還沒有定論。有可能光速也不變，有可能光速有變化。這個問題，還是一個沒有徹底解決的物理學問題。量子糾纏，暗能量，暗物質，都是還沒有得到徹底解決的問題。這預示中，在這兩個領域中，理論變數很大，可能會出現背離電磁學的結果。但這也只是可能性，也許光速不變，也還是成立。一切都還沒有確切的結論。

量子場論，本來就是電磁學和量子力學的結合，當然不可能出現和電磁學根本矛盾的結果。當然，在量子場論中，光速也肯定是不變的。這個要求，其實實際也是電磁學帶來的約束。

個人觀點，能不能發現光速不變，最根本的，在於人類能不能利用非電磁手段來進行測量。如果人類的技術手段，超越電磁技術，那估計就能發現光速變化。不能超越電磁技術，那麼就無法發現光速變化，就會一直發現光速是不變的。

原因就是：c = 1/(εμ)^0.5 咯。

光速的不變性是我們自己選擇的，是因為我們選擇了光速不變，是我們對時間和空間的定義，導致了光速不變。我們用我們的所定義的時間和空間來測量光速，結果測得了不變的光速。
既然光速不變，那就說明我們所定義的時間和空間是會發生變換的。當我們運動時，時間和空間以彎曲的方式來讓光速不變，並且時間和空間不是分開著的，而是相互融合在一起，可以相互轉化的。我們把時間和空間的融合體稱為「時空」。我們甚至實實在在地感受到了時空的彎曲，那就是引力。

站在路邊的地面上看一輛正在行駛的汽車的形狀

坐在一輛正在行駛的汽車內看路邊的物體的形狀

光速不變是邁克爾遜-莫雷干涉實驗的結果。

為了解釋光速不變這個實驗現象，愛因斯坦提出了狹義相對論。

物理是實驗科學。具體的意思就是，首先由實驗物理學家發現結果，然後由理論物理學家找出原因。永遠都是先有結果，才會有原因。
沒有無法解釋的現象，人們才懶得去空想理論。
物理確實會有一些理論存在卻沒有進行實驗的東西，但這些理論最初都是為了解釋某個現象產生的，其他推測出的現象只是附屬品。

光速不變是狹義相對論的前提，而非結果。相對論怎麼都不可能推導出自己的前提的。

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邁克爾遜-莫雷干涉實驗的目的是測量地球相對於以太的運動速度，使用光作為測量手段。當時認為光速是可以簡單疊加計算的。然而卻得到了0結果。也就是地球相對於以太運動速度為0。
這怎麼想都不可能。所以只能認為前提有錯誤。假如光速在任何慣性參考系都是恆定的，這個實驗的結果就可以解釋了。
也就是說，假如不承認光速不變，就必須承認地球不動。
就算沒有相對論，這點也是不會變的。
相對論僅僅是為了解釋光速是怎麼個不變法，給人類一個可以理解的解釋。

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幾位回答者……
物理學很多公式都是可以相互推出的，畢竟處於同一體系。但是物理學從來都不會把一個推論當做真理。推論，只能是基於XXX的假說。
它的可靠性是低於實驗結果的。

同志們，物理學本身就是一個唯象科學，哪怕觀測出來的結果各種矛盾，物理學也只能找個理論來解釋他們。
物理學理論有多少是互相排斥的，簡直不勝枚舉。經典物理學和量子物理學。四大基本力和萬有引力。
總而言之，誰的理論跟實驗結果最符合，誰就牛逼。
光速不變就是這麼回事，我看到了，我就當是真的，沒有任何道理。
還是再舉一個最有說服力的例子，波從波疏介質向波密介質（可能顛倒了）反射時，會有半波損失，但反過來就沒有半波損失。你要問物理學家，為什麼會有半波損失？沒人能告訴你，誰也不知道為什麼會有，但是他就是有，所以物理學只能生硬地加上一句，此時會有半波損失。

------------2015年7月7日-------------
關於半波損失的我已經在評論里更正了。
「我在這裡更正一下，對於半波損失，菲涅爾公式可以加以解釋。不過這也是物理學唯象的一種表現，當時普遍流行的理論還是微粒說，正是因為各種各樣的實驗現象微粒說無法解釋，才產生了波動說。
樓上說的沒錯，一個理論有兩個最基本的要求，第一個是能被證偽，第二個是能對未知進行預測。物理學上有不少的內容也是基於某些理論預測後的結果，例如大家熟知的黑洞就是基於相對論的預測。但一旦一個理論的預測與實際相悖，那這個理論的崩壞也就開始了，物理學終究是一個唯象科學。」
想說明物理學確實不唯象的，請說明理由。

以前，「物質有質量」、「萬有引力」，也是只有結果沒有原因。
現在正在補上原因（人類發現希格斯波色子，證實希格斯機制）（引力子還在找）

只要人類在進化，就必然要加深對未知事物的認識。
光速這個問題上，估計在研究暗能量、暗物質的時候會補上原因（我猜的）

為什麼現在是「只有結果，沒有原因」
？
公理、假設這種詞語不能作為借口。
因為，科研的時候不可能變成全知全能的上帝，對於不知道的事物，只有先給個假設，科研才能繼續進行。（不能強迫牛頓去發現引力子，對吧）
為什麼牛頓同時代的人不尋找引力子？因為萬有引力定律已經足夠震撼、足夠好用了，沒必要去想別的，直到現在。
同理，為什麼人類不舉全球之力移民火星？因為地球目前適合居住，暫時沒必要／也做不到。（所以我很佩服馬斯克這樣有腦洞的人…）

「知其然，並知其所以然」，這是一種誤區呀。宇宙只有「其然」，並么有「所以然」。光速為神馬是常量，是愛因斯坦規定的？不是。是電磁規律決定的？假設是。那問題來了，電磁規律是怎麼來的？是麥克斯韋規定的？不是。是現象的總結？so，這種解釋只是用一種「然」解釋罷了。歸根結底，「為什麼是這樣，原因只有一個，因為它本就是這樣。」

刨個墳，我認為光速不變的原因是因為光是傳遞而不是傳播，當然這是我個人所想。我認為光在介質中是以光子進行傳播，從光源處激活光子繼續傳遞，就像是大街上一些類似於飯店或者商店上面的一堆二極體一樣，前面一個亮，後面一個不亮，以一定速度傳遞，如果是這樣就可以解釋為什麼c不變，也可以解釋在其他介質中光速不同，，

這個因正是我們要想明白的。
所以很多科學家是有神論者，科學永無止境

我當年的教材上寫的是「經典力學與經典電磁學的矛盾」，也就是從教材上給的電磁學公式可以推出真空中光速是一個定值，然後經典力學那邊不幹了…
再然後就有了相對論。

請回去看書。