Искате да си говорим за Специалната теория на относителността? Лично мен ме устройва, стига създателят на темата да няма нещо против...
Първо, по името. "Теория на относителността" не е коректно име. То се е наложило исторически, отчасти и по вина на популяризаторите. Основите му идват от там, че теорията борави основно с относителни движения, движение на обекти един относно друг, както и на движение на цели отправни системи една относно друга, и извежда важни закони валидни при това движение. По-коректно би било да се нарича например "Теория на пространство-времето".
Вторият въпрос е по-важен. Фотоните са квантови частици. Квантовата механика описва света чрез вероятности, и фотоните не могат да избягат от това. Скоростта на отделен фотон не е равна на скоростта на светлината. "Скорост на светлината" притежава самата светлина, електромагнитната вълна, която е пакет от фотони. Във вакуум това е груповата скорост на светлината. Казано по квантовомеханически, групата фотони се движи с най-вероятната скорост която в практиката съвпада със "скоростта на светлината", за разлика от отделният фотон. Отделен фотон във вакуум може да се движи с някаква неопределеност, със скорост по-голяма или по-малка от скоростта на светлината. Ако ви интересува, потърсете една приятна книга на Файнман, може да се намери в мрежата на английски или руски, там Файнман разказва за светлината и квантовата механика, и споменава и този проблем. Преди две години имаше откритие, в което няколко фотона се групираха по особен начин, така че друпата им да се движи с по-малка скорост във вакуум от скоростта на светлината.
Третото важно нещо, за да се разбере теорията на относителността, е понятието "отправна система". Отправната система е координатна система, която е разграфена чрез еталонен метър, и в която има т.н. общо време. Разграфяването е интуитивно ясно какво е още от училищната скамейка. Разграфената координатна система обхваща цялото пространство, тоест чрез нея може да опишем поведението на всеки обект от вселената. По-неясното е понятието "общо време". Общото време означава при измерване на процеси, ставащи в различни, понякога много отдалечени точки, да се използуват раздалечени но сверени и синхронно вървящи часовници. Ако имате такива часовници, вие можете да измерите точно времето, за което светлината (или който и да е друг обект) ще измине разстоянието между тези часовници - по първият измервате старта, по вторият - финиша, и вадите двете числа. Тоест при наличие на общо време вие може да дефинирате понятието "скорост", "ускорение", и т.н. понятия, свързващи събития случващи се на различни места.. Ако нямате такива сверени часовници, изучаването на физиката и установяването на всякакви времеви закономерности става невъзможно, става недефинирано понятието "момент", основно за отчитане на времето. Затова общото време е важен елемент в отправната система. Важно е да се отбележи и друго. Тъй като отправната система обхваща целият свят, няма нищо извън нея. Не можем да говорим и че времето извън нея върви по друг начин. Единственото което имаме възможност да правим е да сравнямваме - при определени условия - еталоните в една отправна система с еталоните в друга.
Тук трябва да се изясни по-подробно въпросът с избора на еталони за дължина и време. До скоро еталонът за дължина беше свързан със земният меридиан, еталонът за време се определяше чрез периодът с който се клати махало в земното гравитационно поле на морското ниво на екватора. Представете си сега един космически кораб, който след много години пристига от земята до Алфа Кентавър, среща там зелените човечета и се опитва да им предаде нашите знания, като се опитва да обясни какво е метър и секунда. Земята е далеко, извънземните нямат идея какво представлява тя, няма как да възпроизведем при тях нашите еталони. Това е основно качество, което трябва да притежават еталоните - да могат да бъдат възпроизведени във всяка точка и във всеки момент. Съвсем до скоро еталоните за дължина бяха свързани с дължината на вълната на излъчване от определен изотоп при определени условия, което вече е много възпроизводима величина. Говоря това, защото теорията на относителността разглежда физическите закони в различни инерциални отправни системи, и във всяка от тези системи ние трябва да разчитаме на еднакво конструирани (и поради това сравними) еталони за дължина и време, за да може да определим физическите закони в тези и между тези отправни системи..Изключително важно правило: всички измервания на разстояние и интервали време се правят с неподвижни в отправната система еталони. Изиакване към еталоните е да не зависят от промяна на околните условия: температура, налягане, влажност
Скоростта на светлината във всяка отправна система се определя - експериментално - чрез така изградени (по общо правило) еталони. Когато говорим за Специалната теория на относителността, едно от условията е липса на гравитация - всички закономерности са валидни при това условие. Друго ограничение е отправните системи да са инерциални. Това е малко абстрактна ситуация, но когато знаем законите в една абстрактна ситуация, ние можем да въведем корекции до реална ситуация. Така че познанието на абстрактната ситуация е важно за разбиране на нещата. Повечето основни курсове във физиката изучават изчистени абстрактни ситуации.
Обикновено в примерите разясняващи СТО се говори за наблюдател и какво той виждал. Това е опростяване, което лесно може да ни доведе до някакъв окултизъм По-добрата представа за "наблюдателя" е за цяла лаборатория, в която чрез еталоните за дължина и време може да се отчита местоположението и моментът на всяко събитие във вселената, а ролята на наблюдателя е само счетоводителска: той съпоставя тези наблюдения и получава по установени алгоритми някакви резултати. Тук трябва да се отбележи, че регистрирането на отдалечени събития не става моментално, а след време: нали трябва да имаме отдалечен сверен часовник близо до мястото на събитието, чието показание да бъде отчетено и донесено по някакъв начин до наблюдателя, за да си направи той сметката? За това когато кажем, че наблюдателят "вижда" някакво далечно събитие, това означава че той е измерил разстоянието до мястото на събитието, и е получил (в по-късен момент) информация за момента на случването му. В частност, това получаване може да стане чрез достигналата до него светлина от събитието и обратно преизчисляване чрез разстоянието и нейната скорост - но едва след като се установи, че скоростта на светлината не зависи от други условия.
И най-сетне опираме до основният принцип, лежащ в основата на тази теория: скоростта на светлината, която такъв наблюдател/лаборатория ще измери, не зависи от скоростта (и посоката) на източника. Тоест ако ние разположим няколко часовника така, че да имаме часовници пред източника по посока на движението му (значи да отчитаме скоростта на светлината при "приближаване"), и часовници зад източника, за да измерваме скоростта на излъчената от него светлина когато той се "отдалечава", нашите измервания ще покажат една и съща величина на тази скорост.
Друг наблюдател, в друга отправна система, която се движи спрямо първат, ще установи - със своите си еталони - същото. Тоест, скоростта на светлината е константа за отправната система. Установяването на този факт на практика ни дава възможност да установим нови, повторими на всякъде еталони за време и дължина, изразени чрез величината на тази константа. Но това е вече друга тема.
Тази константност на скоростта на светлината се отнася за вакуум. Ако светлината се движи през някаква материя, се наблюдава взаимодействие между нея и атомите на тази материя, което довежда до забавяне на светлината. Това е цяла наука, в теорията на относителността се разглежда най-повторимата ситуация - светлина разпространяваща се във вакуум.(вакуум в смисъл на квантовата механика, обем без кванти. Нютоновата идея за вакуум е абсолютно празно пространство, квантовата механика не допуска такава празнота).
Това до тук са основни положения. Не съм сигурен, че изясних всичко от въпроса, вероятно ще има и друга итерация