从古至今，人类就一直在努力理解光的基本特性，理解光是由什么组成的，现在我们知道光是由粒子或波组成的，随着科学技术的不断发展，我们对光的特性也越来越了解，测量的精确度也越来越高。通过越来越精确的数据，科学家们对光的力学以及它在物理学、天文学和宇宙学中的重要作用有了更深入的理解。光有一个必须了解的概念就是它的速度，光速是宇宙中移动最快的东西。它的速度被认为是一个恒定且牢不可破的极限值，目前来说，没有任何物质能以任何形式超过光速，那么光速到底有多快呢？
多年来，一部分朋友对真空光速数值有误解，误认为真空中的光速就是30万千米每秒，认为宇宙处处是巧合。其实这不是精确数值，光速的精确数值是每秒299792458米。光速到底有多快呢？假设你能以光速前进，在一秒内就可以绕地球大约7.5圈，如果一个人以800公里每小时的平均速度飞行，绕地球一圈需要50个小时。从天文学角度来看，地球到月球的平均距离为384398.25公里。因此，光在大约一秒多一点的时间内就能到达月球。而太阳到地球的平均距离约为149597886公里，这意味着太阳光需要约8分钟才能到达地球。
那么这个数值到底是怎么计算出来的呢，又为什么说光速是不可逾越的障碍呢？其实直到17世纪，学者们仍不确定光是以有限速度行进还是瞬间速度行进。从古希腊时代到中世纪的伊斯兰学者之后到近代科学家，有关光速话题的争论从未休止，直到丹麦天文学家进行的第一次定量测量。如果你参观塞纳河左岸的巴黎天文台，你会看到墙上的一块牌匾，上面写着1676年人类首次测量光速。
之后，法国物理学家希波吕特·菲索和莱昂·福柯的测量结果进一步完善了测量值，得出的值为315000千米每秒。到了19世纪下半叶，科学家开始意识到光与电磁之间的联系，这是非常关键的一个进步。在20世纪初，阿尔伯特·爱因斯坦在1905年发表的题为“关于运动物体的电动力学”的论文中写到，在所有惯性参考系中，由非加速观测者测量的真空中的光速是相同的，并且与光源或观察者的运动效果无关，这就是光速不变原理。
这是紧凑型SP-NG激光干涉仪，新一代激光干涉仪能提供更加精确的数值，在整个测量范围内都具有出色的线性度，校准起来也比较简单
爱因斯坦以此为基础推导出了狭义相对论，这时，真空中的光速就已经是是一个基本物理常数了。在20世纪下半叶，科学家们使用激光干涉仪和腔共振技术进行了更加精确的测量，这进一步完善了光速的准确数值。到1972年，位于科罗拉多州博尔德的美国国家标准局的一个小组使用激光干涉仪技术获得了目前公认的299792458米每秒的数值。
那么真空光速对于科学领域来说到底有什么作用呢？我们刚才说到爱因斯坦的理论内容是真空中的光速与光源的运动和观察者的惯性参考系无关。现在，宇宙学家将空间和时间视为一个统一的结构，这就是时空的来源。从1920年代开始，通过哈勃的观测数据和理论，天文学家们开始意识到宇宙正在不断膨胀。哈勃还观察到，星系越远，它移动的速度，也就是远离我们的速度就越快，这就是哈勃常数的来源。
宇宙正在膨胀
简而言之，宇宙膨胀的要比光速快，这会限制我们可观测的宇宙的范围。本质上，有一些宇宙结构已经超过宇宙事件范围，在这些视界范围之外的结构我们可能永远也看不到。在时空模型中，光速可以用来作为计算定义值，比如光年，光分。所以我们可以这么理解，在确定宇宙膨胀率时，光速是不可缺少的单位。
另外在1990年代，对遥远星系的红移测量数据表明，在过去的数十亿年中，宇宙的膨胀一直在加速。这导致了诸如“暗能量和暗物质”之类的理论诞生，我们可以理解为一种看不见的力量推动着空间本身的膨胀，所以说不是星系在空间中移动，这就好像是葡萄面包，面包膨胀起来带动里面的葡萄逐渐远离彼此，而不是葡萄（星系）本身在运动。
这是可视化量子场粒子作用图，这张图为我们展示了量子真空中的虚拟粒子，当粒子和反粒子对出现时，它们可以像电子等真实粒子一样相互作用
不过，真空光速真的是恒定不变的吗？其实这个问题现在还无人知晓，因为现在量子理论正在不断发展，量子物理学是物理学的一个很重要的分支，量子物理学暗示宇宙可能并不像我们想象的那么恒定。另外，量子场论说宇宙中的真空环境不是说什么都没有，宇宙真空环境充满了基本粒子，这是一种我们现在还无法理解的粒子。
另外海森堡不确定性理论指出，物理测量总是存在一些不确定性。根据古典物理学，我们可以确切地知道例如静止的台球的位置和动量，但这正是不确定性原则所否认的。根据海森堡不确定性理论，我们无法准确地了解物理现象，就像我们认为的真空中光速的固定值一样，或者说就和这颗台球一样。因为这些物质原子层级的波动太小，我们无法知晓。在量子真空中，它们会以基本粒子的形式迅速产生或消失，产生微小的能量或等效物质爆发，这可能会改变真空中的光速。
这是磁光阱室的模型，它将负责冷却和俘获原子。这个仪器可以将原子与周围环境隔离并冷却原子，有时冷却温度仅仅比绝对零度值高出几分之一摄氏度，这才可以发挥量子特性
当然，对这些理论的研究还在进行中，我们还不确定这些理论是否适用于真空光速。不过我们需要注意的是，光速只是几个基本物理常数中的一个。现在真空光速还是适用于整个宇宙，随着时间的推移或者随着观察者的变化真空光速始终保持不变。
这就是领域的不一致性，在宇宙中真空光速是适用的，但是在微观世界，普朗克常数决定了量子效应的大小数值。不过可以确定的是，真空光速和普朗克常数，或者说其他常数的数值都非常精确，科学家们为了确定这些数值，方便计算，付出了巨大的努力。不同的领域适用不同的数值，它们彼此之间或许有联系。
NASA哈勃太空望远镜的天文学家于2014年拍摄了这张超深场照片
光由光子组成，还有一个根本问题，有些朋友会问到说为什么光子只能以光速传播？我们可以这样理解，加速度会使物体的质量增加，但是，光子的质量等于零，它们不需要加速，因为从它们诞生之时起，它们就已经拥有最高速度。但是现在也有一些科学家说一些粒子可能超越光速，也就是说这些粒子的质量是负数，能量下降时速度反而会增加，所以有些粒子能够超越光速。但是，这个想法仍然是一个理论。
人类对光速是又爱又恨，一方面，几百年来，无数人类学者一辈子兢兢业业，想要确定光速的精确数值，但是另一方面，了解了真空光速，我们还无法超越，现在人类推进器的速度连光速的1%都达不到，再加上量子物理学领域的发展，我们现在还无法知晓微观世界的事情……
不过这么多年来，光速作为物理常数为宇宙学家，天文学家们提供了运算上的方便，这使得我们可以更加明白宇宙以及其他巨大结构的原理。随着科学的进步，光的性质及其相关理论一定会越来越明晰，这就需要不断的探索与发展。
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