為何我們從未測量過光的單向速度？

光的速度究竟如何測量？過去，許多人——包括有影響力的哲學家兼科學家笛卡爾——都認為光的速度是無限的。然而，丹麥天文學家奧勒·羅默在研究木星的衛星艾歐的月食時，發現了一些異常現象。艾歐的軌道週期短且穩定，每42.5小時繞木星一圈。然而，羅默在測量每次月食之間的時間間隔時，發現這些時間會因地球與木星的距離而有所不同。當木星靠近地球時，月食會比平均時間提早發生；而當木星遠離地球時，月食則會延遲。

從這些觀察中，羅默正確地推斷出光的速度並非無限，而是需要時間傳播。當地球遠離木星時，艾歐繞木星的軌道並未變慢，而是光需要更長的時間到達地球。荷蘭科學家克里斯蒂安·惠更斯試圖利用這些資訊計算光速，並得出每秒210,824公里（每秒131,000英里）的結果。這個數字與我們現在所知的正確光速之間的差異，源於羅默對最大時間延遲的估計，以及當時我們尚未精確掌握地球的軌道。

自那時起，科學家們開始使用雷射和鏡子來測量光速。在這些實驗中，光被發射到已知距離，然後返回起點並被再次檢測。透過將距離除以時間，我們得到了目前最精確的光速測量值：每秒299,792,458米。然而，這種方法實際上測量的是光的雙向速度，即光從起點出發並返回所需的時間。

雖然我們通常假設光在任何方向上的速度都相同——正如愛因斯坦所假設的那樣——但這仍然只是一個假設。就我們目前的實驗結果而言，光可能在一個方向上以較高的速度傳播，而在返回時以較低的速度傳播，最終平均出我們所測量的速度。那麼，為什麼我們無法測量光的單向速度呢？這與我們如何同步時鐘有關。

假設你想測量光的單向速度，你必須確保光源處的時鐘與檢測器處的時鐘完全同步。如果兩個時鐘不同步，你就無法透過將距離除以時間來計算速度。然而，根據狹義相對論，當你將兩個時鐘分開時，它們會以不同的速率運轉。實驗（甚至GPS的運作方式）表明，時鐘的運轉速率確實會因觀察者的相對速度或重力場的強度而有所不同。因此，當你同步兩個時鐘並將它們分開以開始測量光速時，它們在過程中會失去同步。

愛因斯坦在1905年的論文《論動體的電動力學》中提到了這個問題。他假設光在兩個方向上的速度相同，但也承認這只是一個假設，而非實驗可驗證的結論。至今，科學家們仍未找到解決這個問題的巧妙方法，並證實羅默的測量實際上是一個平均值，而非單向速度的測量。

雖然這是一個合理的假設，但我們對宇宙運作方式的最佳理解基於一個假設，這並不完全理想。然而，考慮到單向測量可能是不可能的，我們或許只能接受這個現狀。