很多人觉得相对论很神奇，因为它似乎违背了我们的常识，所以至今还有不少人认为它是伪科学。狭义相对论最让人觉得神奇的时空相对性，建立在一条基本原则上，即对于任何惯性参照系来说，真空中的光速保持不变。这一条基本原则与经典物理的相对运动理论矛盾。但是，因为它可测量、可证伪，所以它无疑是真正的科学。人类用自己的智慧设计了一系列严谨的实验，最终证明了这一原则是真理，错的是经典相对运动理论。那么，这其中究竟是怎么回事呢？让小编来用最简单的方式为读者解释。
光速究竟是怎么测量的？
我们知道，真空中的光速很快，达到接近30万千米，相当于一秒钟环绕地球7圈半。那么光速如此之快，我们怎么精确测量它的速度呢？
事实上人类用了很多巧妙的办法，这里我们介绍其中一种——旋转齿轮法。
这个方法用一个高速转速的齿轮（3）、一面半透明镜（2）和一面全反射镜子（4）。人在半透明镜子后观察光线。因为齿轮有缺口，所以它高速转动时总能挡住一部分光，而透过另一部分光。问题是，如果齿轮和全反射镜子（4）的相对距离不变，那么从齿轮缺口处透过的光被反射再回到齿轮位置时走过的距离是已知的。此时如果调整齿轮的转速，让光返回时，齿轮恰好转过整数个缺口，那么此时人眼看到的光线比较亮，因为穿过齿轮缺口的光恰好返回时又通过缺口。同样，如果光返回时，齿轮恰好通过整数半的缺口，那么此时光被齿轮挡住，人眼看到的光线最暗。这样的话，根据镜子到齿轮的距离和齿轮的转数，就可以测出光的速度了。
所有的光相对于真空的速度相同，与光源的运动速度无关
人们发现光是一种电磁波，是在真空中交替传播的电场和磁场，它的传播速度与光源的相对运动速度无关。其实这很容易解释，光在真空中类似于水波，水波的传播速度与石头砸入水中的速度没什么关系。
人类能够测量光速之后，很容易能够测出这一点。地球处在宇宙空间中，无时无刻都能够接收到来自太阳和其他恒星的光线，如果光速与光源相对速度有关，那么地球与太阳的相对速度无时无刻在发生变化，而且太阳不同位置发出的光都可以到达地球，我们从来没有测出过来自太阳不同位置和不同时间的光有着不一样的传播速度。
所有的光在真空中的传播速度与参照系“相对于真空”的运动速度也无关
这是最不可思议的部分！经典物理认为，真空中充满静止的以太物质，光在以太中一固定速度传播。就好像是以太是湖水，光是湖水里的涟漪。但是，这样的话问题就来了。地球绕着太阳公转，同时也在自转，也就是说地球是相对于“湖水”处在运动中的。所以如果光相对于“湖水”的速度不变，那么它相对地球的速度就会有微小的变化，而且这一变化一定是可测量的。
旋转齿轮实验很巧妙，但是不足以测量出微小的光速变化，要测量光速微小的变化，就得提到另一个实验了，这就是大名鼎鼎的迈克尔逊-莫雷干涉实验，当年这个实验正是为了测试出由于地球大约30千米每秒的自转速度导致的光在不同方向上相对于真空（当时的人们认为光在充斥于真空的以太中传播）速度的细微差别。
这个实验装置更简单，让光源S的光通过一个半透膜，再通过两面镜子反射回来，进入双缝干涉仪 T。这样的话，这束光的两条反射路径反射回来的光在干涉仪中就会产生干涉条纹。如果我们缓缓转动这个装置，让它和地球的相对方向发生变化，假如这样能像在经典物理学中一样，改变光的相对速度，那么干涉条纹就会发生变化，我们就会看到干涉条纹缓慢移动。然而，见证奇迹的时候到了，不管怎么转动这个装置，看到的干涉条纹就像是事先雕刻上去的一样，没有丝毫的变化！
这是怎么回事呢？光明明在真空中传播，而地球明明与真空有相对速度……这不科学。从经典物理学来讲，这确实不科学，然而，这却又是实验结果，是无可争议的事实……
这会导致什么问题？我们来看一下：
假设一艘飞船朝着一个信号站以0.5C的速度飞行，当飞船与信号站距离1光秒的时候，飞船上的人朝信号站发出一个信号，那是一个光子。现在假设信号站上有个观察者A，飞船上有个观察者B，会出现什么情况呢？
对于观察者A来说，飞船距离信号站1光秒时发出的那个光子以光速前进，1秒以后被信号站接收。但是对于飞船上的观察者B来说，她也会看到发出的那个光子以光速前进（根据前面的实验结果光速不变），但是对她来说，信号站以一个相对速度朝她的飞船飞来。因此，不需要1秒，信号站就会收到那个光子。
于是就好玩了，A说信号站在飞船发出光子1秒后收到了光子，B说信号站应该不到1秒就收到光子，那么到底谁的说法对呢？
时间的bug？
更神奇的是，我们把飞船运动的方向反一下，这时，以A的角度看，信号站仍是1秒后收到光子，但是对B来说，变成信号站在远离自己，此时信号站收到光子的时间应该超过1秒。
那就奇怪了，AB相向运动的时候，A说收到光子的时间比B说收到的时间要迟，相背运动的时候，A又说收到光子的时间比B说的要早，这究竟是怎么回事啊？
究竟谁在运动谁静止？
不管是牛顿物理还是相对论物理，都承认运动和静止是相对的。在惯性系中，如果没有参照系，人们是没有办法判断出究竟是静止的还是在做匀速直线运动。因此，对于飞船和信号站，我们不能说是飞船在运动而信号站静止，究竟是谁在运动，取决于我们选择的参照系。
如果说真的有以太存在，那我们可以用以太作为参照系，根据光的相对速度算出各个参照系相对于以太的运动速度。然而很遗憾，迈克尔逊莫雷实验证明了以太不存在，光在任何参照系中的相对速度也完全不变。这就尴尬了，就像上面所说的情况，牛顿物理解决不了的bug就产生了。
光子钟实验
这是一个著名的思维实验。用来解释光速恒定导致的看似无法解决的矛盾。在一个惯性系（比如飞船里）水平放置两面相隔约1.5米的镜子，镜面上下相对，让光线在其中来回反射。根据光速可知，来回反射一次的时间是1亿分之一秒。但是，在另一个惯性系，比如地球上观察，因为飞船在做水平运动，所以光线反射的路线不是垂直于镜面的，而是一个直角三角形的斜边。也就是说，在另一个惯性系中观察，光在反射时走的路线要比较长，所以来回反射一次的时间比1亿分之一秒要长。这个实验说明的问题是，在其他与自己所在惯性系有相对速度的惯性系看来，自己所在惯性系的时间变慢了。
得出这个重要结论以后，我们发现，因为两个惯性系的时间流速不同，所以不存在绝对的“同时性”，也就是说，A和B两个观察者看到的“信号站收到光子”这一时间的时间，都是以自己的参照系的时间来衡量的。这就是相对论物理中推到出来的时间的相对性。
最终，根据光子钟实验的勾股定理，我们就可以推出：
这就是相对论里时间相对性的经典公式。
