¿Por qué la velocidad de la luz en un vacío es finita y discreta (299792458 m/s) en lugar de ser infinita? Nada más puede lograr esta velocidad. Un...

Hay una cierta obsesión por el valor específico de la velocidad de la luz, como expliqué en otra respuesta el valor numérico no tiene nada de peculiar depende de nuestro sistema de unidades (si redefiniéramos la unidad de longitud y de tiempo podríamos lograr otro valor). Por ejemplo si medimos el tiempo en segundos y definimos el “segundo-luz” como la distancia que completa la luz en un segundo en estas unidades la velocidad de la luz sería c=1c=1, es decir, la luz recorrería un segundo-luz cada segundo.

Ahora vamos a la cuestión de porqué esta velocidad debe ser finita, la luz es una onda electromagnética, y para propagarse necesita que se dé una oscilación doble del campo eléctrico y magnético en la región del espacio donde se está propagando. De hecho las ecuaciones de Maxwell predicen que en el espacio vacío, el campo electromagnético se propagará como una onda cuya velocidad depende tanto de la permitividad eléctrica del vacío ε0ε0 como de la permeabilidad magnética μ0μ0 en particular la velocidad de la luz resulta ser exactamente:

c=1ε0μ0−−−−√=299 792 458 msc=1ε0μ0=299 792 458 ms

Ahora podemos responder a las preguntas:

1. La velocidad de la luz es finita porque debe propagarse como una onda electromagnética que depende de las propiedades eléctricas y magnéticas del espacio vacío.
2. Las ecuaciones de Maxwell (y sus equivalentes cuánticos que no he mencionado) predicen que bajo ciertas circunstancias en el vacío el campo electromagnético se propagará en forma de onda a una velocidad finita, lo cual permite interpretar eso como partículas sin masa o fotones (esto no lo he tratado en detalle porque he preferido no hablar aquí de mecánica cuántica).
3. El factor que impide a la luz moverse más rápido es que las propiedades del vacío son las que son, si disminuyéramos la permitividad y la permeabilidad del vacío, la velocidad de la luz resultaría ser más grande aún.
4. La pregunta no hace referencia a ello pero la teoría de la relatividad propone una idea teórica por la cual ninguna partícula con masa puede en realidad moverse más rápido que una partícula sin masa. Dado que los fotones no tienen masa podrán moverse a la máxima velocidad permitida que coincide con la de la luz.

Esta figura muestra como es en realidad una onda electromagnética propagándose en el vacío:

En azul se muestra la variación del campo eléctrico, perpendicularmente a él se muestra en rojo la variación del campo magnético y perpendicular a ambos está la dirección de propagación de la onda. Cuando un fotón atraviesa el espacio altera microscópicamente los valores del campo eléctrico y magnético en una minúscula región que rodea a su trayectoria.