Apenas existe en la física una ley más sencilla que la de la propagación de la luz en el espacio vacío. Cualquier escolar sabe, o cree saber, que esta propagación se produce en línea recta con una velocidad c — 300.000 km/seg. En cualquier caso, sabemos con gran exactitud que esta velocidad es la misma para todos los colores; pues si no fuese así, el mínimo de emisión en el eclipse de una estrella fija por parte de su compañera oscura no se observaría simultáneamente para los distintos colores. A través de una consideración análoga, relacionada con las observaciones de las estrellas dobles, el astrónomo holandés De Sitter logró también demostrar que la velocidad de propagación de la luz no puede depender del cuerpo que emite la luz. La hipótesis de que esta velocidad de propagación depende de la dirección «en el espacio» es en sí misma improbable.

En resumen, supongamos que el escolar crea justificadamente en la sencilla ley de la constancia de la velocidad c de la luz (en el vacío). ¿Quién hubiera pensado que esta sencilla ley sumiría a los concienzudos físicos en grandísimas dificultades intelectuales? Estas dificultades surgen del siguiente modo.

Naturalmente, el proceso de la propagación de la luz hay que referirlo, como cualquier otro, a un cuerpo de referencia rígido (sistema de coordenadas). Como tal elegimos de nuevo el terraplén del ferrocarril. El aire que flotaba por encima del mismo supondremos que ha sido eliminado por bombeo. Imaginemos que a lo largo del terraplén se envía un rayo de luz cuyo vértice se propaga —de acuerdo con lo antedicho— con la velocidad c relativa al terraplén. Supongamos una vez más que por los carriles se desplaza nuestro vagón de tren con una velocidad v, en la misma dirección en que se propaga el rayo de luz, pero, naturalmente, mucho más despacio. Queremos averiguar la velocidad de propagación del rayo de luz con relación al vagón. Fácilmente se ve que las consideraciones de la sección anterior son aplicables a este caso, donde el rayo de luz desempeña el papel del hombre que corría con respecto al vagón de ferrocarril. En lugar de la velocidad W del hombre con respecto al terraplén aparece aquí la velocidad de la luz relativa al mismo terraplén; w es la velocidad de la luz con respecto al vagón, es decir, la velocidad que buscamos y para la cual se cumple:

w = c — v.

Por consiguiente, la velocidad de propagación del rayo de luz con respecto al vagón resulta ser menor que c.

Este resultado atenta, empero, contra el principio de la relatividad que expusimos en el § 5. Pues la ley de la propagación de la luz en el vacío, como cualquier otra ley general de la naturaleza, debería ser, según el principio de la relatividad, la misma, ya tomemos como cuerpo de referencia el vagón de ferrocarril o las vías del tren. Mas de acuerdo con nuestras consideraciones esto parece imposible. Si cualquier rayo de luz se propaga en relación con el terraplén a la velocidad c, parece que, precisamente por eso, la ley de propagación de la luz con respecto al vagón debería ser otra distinta, en contradicción con el principio de la relatividad.