Asumiendo que hay un límite de velocidad, ¿por qué la luz debería ser LA? Después de todo, se pensó que el átomo era LA partícula más pequeña hasta que se encontró una más pequeña

El límite de velocidad universal es en realidad más fundamental que la luz. Solo lo llamamos “la velocidad de la luz” por razones históricas. El mejor nombre sería “el límite de velocidad universal”. Puede derivar el límite de velocidad universal y todos los demás conceptos resultantes de la relatividad especial sin mencionar la luz. De hecho, mis alumnos hacen esto como un problema de tarea en mi clase. La luz se menciona mucho en las discusiones sobre el límite de velocidad universal debido al papel histórico que desempeñó la luz para ayudarnos a comprender estos conetos. La existencia de un límite de velocidad universal es el resultado de la estructura del espacio y el tiempo. Asegura que el espacio y el tiempo tengan una estructura lógica coherente, que las leyes de la física sean las mismas en todos los marcos de referencia, y que eso siempre preceda a los efectos (es decir, no hay paradojas de viaje en el tiempo).

Entonces, la siguiente pregunta natural es, dado que existe un límite de velocidad universal debido a la estructura del espacio y el tiempo, ¿por qué la luz viaja a esta velocidad? La respuesta es que la luz no tiene masa. Todas las partículas sin masa deben viajar al límite de velocidad universal, siempre, en todos los marcos de referencia. Si pudieran viajar a otras velocidades, destruiría el significado mismo de la masa. La masa es una medida de la capacidad de un objeto para cambiar velocidades en respuesta a una fuerza. Un objeto sin masa no puede cambiar las velocidades (de lo contrario, el concepto de masa contendría paradojas). Por lo tanto, un objeto sin masa siempre debe viajar a la misma velocidad, en todos los marcos de referencia. Como puede mostrar usando la Relatividad Especial, la única velocidad que es la misma en todos los marcos de referencia es el límite de velocidad universal. Por lo tanto, los objetos sin masa deben viajar al límite de velocidad universal. Todos los objetos sin desplazamiento de masa en el límite universal, siempre, en todos los marcos de referencia. Esto incluye luz, gluones y gravitones (que probablemente existen, pero que aún no se han confirmado experimentalmente).

Entonces la siguiente pregunta es, ¿por qué la luz no tiene masa? La luz consiste en una colección de partículas fundamentales llamadas fotones. Los fotones son excitaciones cuantificadas del campo electromagnético, lo que significa que son pequeños paquetes de patrones ondulantes en el campo cuántico eléctrico y magnético. El campo electromagnético tiene una simetría que hace que los fotones no tengan masa.

Por cierto, ninguno de estos conceptos tiene nada que ver con que el fotón sea pequeño o grande, o parte de un átomo. En su forma de partícula, un fotón es tan pequeño como puede ser: es una partícula puntual con ancho cero. Todas las partículas fundamentales son así.

Más información: ¿Cuál es la velocidad de la gravedad?

Tenga en cuenta que también se incluye más información en los comentarios secundarios a continuación.

La luz tiene la propiedad especial de no tener masa. Sin entrar en ello, todo, incluso usted, viaja a c. Ahora, porque tienes masa, no puedes viajar a la velocidad de la luz en el vacío. Piense que “c” tiene dos componentes. Tiempo y espacio. La luz, que no tiene masa, solo puede viajar a 186000 millas por segundo (el valor de c sin el componente espacial).
Si estás en tu sofá comiendo papas fritas, también estás viajando en c pero solo a través de la dimensión del tiempo.