狹義相對論是人類有史以來最有效的理論之一。從太空旅行、GPS到我們的電網，這都是至關重要的。相對論的中心是，真空中的光速是絕對常數。問題是，這一事實從未得到證實。
當愛因斯坦提出相對論時，是為了解釋為什麼光總是具有相同的速度。在1800年代後期，人們認為，由於光以波的形式傳播，因此必須由某種稱為「發光的以太」的不可見材料攜帶。原因是波需要一種介質，例如空氣中的聲音或水中的水波。但是，如果以太存在，那麼隨著地球穿過以太，觀測到的光速必須改變。但是觀測以太漂移的測量結果為零。光速似乎是恆定的。
愛因斯坦發現問題在於假設空間和時間是絕對的，光速可以變化。相反，如果假設光速是絕對的，則空間和時間必須受相對運動的影響。這是一個激進的想法，但是每次光的恆定速度測量都支持它。
但是，幾位物理學家指出，儘管相對論假設光的真空速度是一個普遍常數，但它也表明速度永遠無法測量。具體而言，相對論禁止測量光從點A傳播到點B所花費的時間。要測量一個方向的光速，需要在每一端使用同步秒表，但是相對運動會影響運動速度時鐘相對於光速。無法在不知道光速的情況下同步它們，而光速是無法測量的。如圖所示如何測量光的往返速度。
可以做的是使用一個秒表來測量從A到B再到A的往返時間，這就是每次光速測量的結果。如圖所示帶有各向異性光的米爾恩宇宙（Milne universe）看起來很均勻。
由於所有光測量的往返速度都會給出恆定的結果，因此可能會認為可以將時間除以2。這正是愛因斯坦所做的。他認為那裡和後面的時間是相同的。最新研究的實驗符合這一假設，但是也同意這樣一種想法，即朝向我們的光速比離開我們的光速快10倍。光不必在所有方向上都具有恆定的速度，而只需具有恆定的「平均」往返速度即可。如果光速是各向異性的，相對論仍然成立。
如果光速隨其運動方向而變化，那麼將以不同的方式看待宇宙。當看著遙遠的星系時，我們正在回溯過去，因為光需要時間才能到達我們。如果遙遠的光以某個方向快速到達我們，我們將看到宇宙朝著這個方向隨著年齡的增長和擴展。到達我們的光線越快，我們看到的「時間倒退」就越少。由於我們在各個方向觀察到均勻的宇宙，因此可以肯定地表明光速是恆定的。
這有點不盡如人意，正如新研究顯示的那樣。事實證明，如果光速隨方向變化，那麼長度收縮和時間膨脹也會變化。研究小組考慮了各向異性光對一個簡單的相對論模型米爾恩宇宙的影響。它基本上是一個玩具宇宙，其結構與所觀察到的宇宙相似，但是沒有所有的物質和能量。他們發現，光的各向異性會在時間膨脹和宇宙膨脹中引起各向異性的相對論效應。這些影響將抵消變化的光速的可觀察到的方面。換句話說，即使宇宙由於光速的變化而各向異性，它仍然會顯得均勻。
因此，簡單的宇宙學似乎也無法證明愛因斯坦關於光速的假設。有時，最基本的科學觀念很難證明。
參考：The One-Way Speed of Light and the Milne Universe. arXiv:2012.12037v1 [gr-qc]arxiv.org/abs/2012.12037
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