宇宙存在一个不可超越的速度极限，适用于所有物质和信息。这一限制并非源于某种特定力，而是直接来自时空结构本身，正如物理学基本定律所描述的那样。
1873年，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（1831-1879）发表了其始于1861年的最终著作《电磁通论》。这部著作综合并发展了他完整的电磁理论，预言了真空中传播的波的存在。
这些电磁波的速度由以下关系式给出： \( v = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \, \mu_0}} \) 其中 \(\varepsilon_0\) 表示真空介电常数，\(\mu_0\) 表示真空磁导率。 该方程表明，速度 \(v\) 是真空的固有属性，而非物质传输的速度。 它恰好等于真空中的光速值，即 \(c\) = 299,792,458 m·s⁻¹。 用字母 \(c\) 表示光速是由阿尔伯特·爱因斯坦（1879-1955）在其1905年关于狭义相对论的著作中推广开来的。
在麦克斯韦时代，\(\varepsilon_0\) 和 \(\mu_0\) 的精确值尚未达到当前精度，因此计算出的速度仅为近似值。麦克斯韦本人曾将这个速度与当时已知的光速测量值进行对比。1862年，莱昂·傅科（1819-1868）成功以极高精度测量了光速。他利用一种结合了镜子和齿轮的巧妙装置，测得光速约为298,000公里/秒。麦克斯韦注意到这一吻合后，提出光是一种电磁波。
注：真空介电常数（\(\varepsilon_0\)）是表征真空“承载”电场能力的物理常数，单位为法拉每米（F·m⁻¹），出现在库仑定律和麦克斯韦方程组中。真空磁导率（\(\mu_0\)）表征真空对磁场的响应特性，单位为亨利每米（H·m⁻¹），出现在安培定律和麦克斯韦方程组中。
1905年，阿尔伯特·爱因斯坦（1879-1955）提出这一速度对所有惯性观察者相同，从而创立了狭义相对论。
在这一理论中，质量为 \(m\)、速度为 \(v\) 的粒子的总能量表示为： \( E = \gamma m c^2 \) 其中：\(c\) 为光速，\(\gamma\) 为洛伦兹因子 \( \gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}} \)。
因此，当 \(v\) 趋近于 \(c\) 时，因子 \(\gamma\) 急剧增大并发散至无穷大（\(\gamma \to +\infty\)）。
对于一个质量为1克的物体，当它以\(\gamma \approx 70710\)的速度运动时，总能量：\(E = \gamma \, m_0 c^2\) 约为： \(\approx 6.35 \times 10^{19}\ \text{焦耳}\)。 换句话说，一个1克的小物体需要消耗整个地球大约一个月的能量。
这一巨大的能量表明，即使对于具有静止质量的微小物体，要达到接近 \(c\) 的速度，所需的能量也几乎不可能提供。因此，速度 \(c\) 不仅表现为速度极限，更是任何具有静止质量的物体无法逾越的能量屏障。
光子没有静止质量（\(m_0 = 0\)），其能量完全与动量相关（\(E = pc\)）。在相对论框架下，这一关系意味着它们的速度必然为 \(c\)。它们既不能减速也不能超过这一速度，因为任何变化都会破坏能量、质量与动量之间的相对论方程。
| 物理环境 | 方程 | 含义 | 参考 |
|---|---|---|---|
| 电磁学 | \( v = 1 / \sqrt{\varepsilon_0 \mu_0} \) | 电磁波的传播速度 | 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦 |
| 狭义相对论 | \( \gamma = 1 / \sqrt{1 - v^2/c^2} \) | 时间膨胀与能量增加 | 阿尔伯特·爱因斯坦 |
| 质能 | \( E = m c^2 \) | 质能等价 | 阿尔伯特·爱因斯坦 |
| 相对论与光子 | \( E^2 = (m_0 c^2)^2 + (pc)^2 \) | 对于 \(m_0 = 0\)，\(E = pc\)；光子速度 = \(c\) | 阿尔伯特·爱因斯坦 |
来源：美国国家标准与技术研究院（NIST）——基本物理常数，英国皇家学会出版社。
爱因斯坦1905年关于光的本质与演化论文全文 
光速：万物无法超越的终极极限 
现实逃逸：那些我们永远无法证明的真理 
50个方程中的宇宙物理学：用户指南 
卡亚恒等式：让脱碳复杂化的方程 
宇宙中无法超越的速度：当能量变为无限 
电磁失控：光速的秘密 
理解光电效应：光与电子 
地平线有多远？ 
太阳能电池板如何将电力注入电网？ 
动量动力学：解释火箭或水母推进的原理 
电子能量如何决定化学性质 
量子不确定性的关键作用：没有粒子能够静止 
能量与功率：不要混淆，时间决定一切 
为什么冷有极限而热却没有？ 
伽利略自由落体定律 
理想气体定律：一个方程，千种应用 
薛定谔方程革新了我们对物质的看法 
诺特定理的魔力：从最小作用量原理到守恒定律 
引力质量与惯性质量的关系及等效原理 
物理学第三方程：理解碰撞的动量 
物理学中第二个基本方程：守恒量的直觉 
物理学第一方程：如何用数学表达力 
电磁力或洛伦兹力 
接收的太阳能取决于入射角 
为什么大理石比木头感觉更冷？ 
为什么没有质量的光子却拥有能量？ 
贝叶斯公式与人工智能 
物理学的七个基本常数 
星际空间中的体感温度是多少？ 
黑体辐射曲线：普朗克定律 
等效原理：引力效应与加速度无法区分 
E=mc²：重新审视宇宙的四个基本概念 
如何给太阳称重？ 
自由落体方程（1604年） 
库仑与牛顿：宇宙力的神秘相似性 
玻尔兹曼熵方程（1877年） 
狭义相对论方程（1905年） 
广义相对论方程（1915年） 
行星自转方程：角动量与引力平衡之间 
行星轨道速度方程 
普朗克方程 
无需数学理解薛定谔方程 
牛顿三定律：从落地的苹果到绕轨的行星 
麦克斯韦方程组 
保罗·狄拉克方程 
能量守恒 
电磁感应方程 
为什么基本粒子没有质量？ 
热量与温度的区别