为什么光速只能是30万公里每秒？是什么限制了光速？

大家都知道，光线是现在宇宙所有物质中，在真空中传播速度最快的（排除量子纠缠和宇宙膨胀现象，因为它们都不能传递信息），这个速度值为299792458米每秒，为了便于记忆和计算的方便，人们通常将光速近似看作30万公里每秒。那么，有朋友不禁要问了，为什么光速不是每秒35万公里、40万公里，只能是30万公里每秒，是什么限制了光速呢？

在16世纪之前，人们对于光速的认知，还普遍停留在它是瞬时的概念，认为无论多远的距离，光线都可以立即到达，也就是说那时候的人们以为光速是无穷大。进入17世纪以后，以伽利略和牛顿为代表的一批伟大物理学家，针对世界中宏观物质的运动，相继提出了经典运动学和经典力学的一批定律，从而为近现代物理学的发展奠定了坚实的基础。特别是经典力学定律的提出，人们对物体运动的速度、加速度以及力的平衡等方面的认识，进入了一个全新的阶段。于此同时，人们对于“无穷”在物理学上的应用也变得愈发谨慎，从数学的角度来看，“无穷大或者无穷小”是推动解决问题的重要设定，但对于物理学来说，物质的“无穷”也就意味着失去了物质存在的条件，对于速度来说，只要是物质，就不可能拥有无穷的速度，这是当时人们非常朴素的认知。

为了探求光的速度，在17世纪时伽利略就早早地“动手”了，他应用的方法很简单，就是在两个相隔一定距离的山顶上，用交替遮盖住灯光的方式，通过计算时间差来确定光速，很显然这个实验受到实验者的主观因素影响太大，误差非常明显，没有取得实质性进展。

后来又有包括丹麦科学家罗默、英国科学家布拉德利、法国科学家斐索等，分别应用观测木星一法、恒星光行法、齿轮测速法等，对光速进行了进一步的测量，可以想象得到，应用不同的方法，测量出来的光速值肯定不一样，所以在相当长的时间内，人们判断光速值的具体大小，是靠实验的科学性、实验的精确性来支撑的，但是这些方法都是实验而已，光速本身应该是一个客观存在的状态，有什么方法能触及到它的本质呢？

这里不得不提另外一位伟大的人物-苏格兰麦克斯韦，他在研究电磁学基本规律时，在假定电磁波所通过的空间为均匀且各向同性的基础上，提出了著名的麦克斯韦波动方程，主要体现在4个形式上非常完美的方程上，这4个方程爱因斯坦对之都高度赞叹，这4个方程的表达式为：

以上4个方程分别从不同的角度，阐述了电场和磁场的统一性，同时又确立了场源一致性的结论。从该方程组中，可以通过数学上的矢量分析方法，将之进行相应的换算和推导，最终得出电场和磁场（也可称为电磁场方程，中间过程比较复杂，这里不再列出推导过程），即：

将这个方程与之前科学界已经得出的机械波动方程相比较，不难看出二者在表达上的相似性，下面这个表达式即为机械波动方程。从机械波动方程可以看到，只要一个物体，在时间和空间上的变化，只要满足这个方程，就可以认为该物体进行的运动，呈现的是以波形式传播的状态。

据此，麦克斯韦从推导出来的结果，提出了一个大胆的结论，那就是光线是一种电磁波，电磁波的传播速度等于光速。同时，依据这个结论，测算出光速表达式为：c=1/(μ*ε)^(1/2)，这里μ为介电常数，ε为磁导率。当然这两个常量也需要通过实验的方法测量。

后来，众多科学家们又通过更加精密的实验，实验结果均证实了麦克斯韦的预言是正确的，而且进一步对两个参数进行了测量，从而得出越来越精确的光速值。特别是应用激光干涉法，将激光干涉仪测出的结果与基准波长86-氪605纳米光谱线进行对比，理论上的误差率仅为10亿分之一，基于此种方法的测量结果，在1983年的国际计量大会上正式将光速定义为299792458米每秒，这个值被完全固化了下来，并以此为基准，将光线在真空中传播299792458分之一秒所经过的距离，定义为“米”。

通过以上的分析可以看出，光线传播速度的有限性，取决于光作为一种电磁波的物质性。爱因斯坦正是基于光速不变原理，提出了狭义相对论，同时推导出了质速方程和质能方程，为人们进一步深入认识物体的运动与时空的关系提供了理论支撑。即使以后随着科学技术的发展，人们对光速的测量精度进一步提升，对光速值进行了修正，也只能说明我们对光速本质的追求又更精一步、更近一步，这只是测量方法上的进步，无法改变光速作为一种客观存在的本质属性。

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