Потому что это физическая константа, существующая независимо от нашего знания и понимания. Но такой простой ответ не устраивает, слишком уж он напоминает банальное «на всё воля божья». Любопытство терзает людей и приводит, зачастую, к парадоксальным выводам. Яркий пример такого заключения — специальная теория относительности, разработанная Альбертом Эйнштейном. То, что она предсказывает, противоречит интуиции, но ведь и Земля — шар, а мы видим ее сравнительно плоской.
Необходимо разобраться откуда вообще возник этот вопрос и почему правильный ответ настолько важен. Ведь его истинность вызывает непрерывные страстные дискуссии, несмотря на имеющиеся экспериментальные подтверждения. Ответ требует предисловия.
История проблемы
До середины 19 века в физике господствовала теория светоносного эфира, сформулированная Рене Декартом и подтвержденная Максвеллом в рамках его электромагнитной теории. Были и другие гипотезы эфира, но все они так или иначе описывали трехмерное пространство, заполненное некоей субстанцией, переносящей свет и прочие электромагнитные волны. Их поведение пытались объяснить законами Ньютона, а при изменении системы координат применяли преобразования Галилея.
Предполагалось, что скорость света подчиняется тем же правилам, хотя и очень велика. Все изменила в 1881 году попытка Майкельсоном и Морли ее измерить. Выяснилось, что скорость света не зависит от направления движения Земли. Этот результат подрывал теорию эфира в корне, и экспериментаторы сделали вывод о ее несостоятельности.
Им не поверили и повторили опыт много раз, уточняя полученные данные. В 1964 году для этого использовали в качестве источников света гелий-неоновые лазеры, затем оптические криогенные резонаторы с точностью измерения 1- в -16 степени. Результат снова подтвердил постоянство скорости света при любых внешних воздействиях. Так что Нобелевскую премию по физике 1907 года Майкельсон получил вполне заслуженно.
Преобразования Лоренца
Выдающийся нидерландский физик Хендрик Антон Лоренц много лет занимался теорией эфира и в ходе исследований пришел к необходимости введения понятия «местного времени» для системы, движущейся в неподвижном эфире. Он сам считал выведенную формулу промежуточной, но получил новые уравнения для преобразования скоростей, отличную от галилеевской.
Предполагалось, что эта теория относится только к электромагнитным волнам. Лоренц так и не решился сделать последний шаг и распространить свои постулаты на объекты, имеющий массу. Несмотря на это он получил в 1902 году Нобелевскую премию по физике.
Специальная теория относительности
Итак, доказано, что что свет распространяется в вакууме со скоростью 299 792 458 м/с и она не зависит от скорости движения источника или системы отсчета. Альберт Эйнштейн в 1905 году сделал эту инвариантность одним из постулатов своей теории, исключив из нее светоносный эфир. Что повлекло за собой революционные последствия.
Постулирована эквивалентность массы и энергии
Эту формулу знают даже самые далекие от физики люди. Но она верна только при скоростях значительно ниже световой. Как только скорость объекта становится соизмерима с ней, то вступает в свои права так называемый Лоренц-фактор ƴ.
Где v – скорость объекта, с – скорость света. При низких скоростях, с которыми имеет дело ньютоновская механика, коэффициент приближается к 1 настолько, что им можно пренебречь без потери точности. Но с приближением V к C его значение растет по экспоненте, что наглядно демонстрирует график, приведенный ниже.
Теперь формула выглядит так:
Мы видим, что для достижения скорости света материальным телом, имеющим инертную массу, потребуется бесконечное количество энергии. В этом и кроется причина того, что скорость света нельзя превысить.
Даже ученым, работающим на Большом адронном коллайдере ЦЕРНа, не удалось разогнать протоны до световой скорости, хотя и подошли к ней вплотную. Результатом стало открытие «частицы бога», бозона Хиггса, отвечающего за наличие массы тел.