什麼是光子光速（那麼光子是如何達到光速的呢）

2023-05-26 22:27:44 2

光速的很多性質與我們日常生活所見所聞「格格不入」，畢竟我們只是生活在一個低速世界，而光速世界與我們的低速世界有很大不同。

比如說，光速本身，光子不需要「達到」光速，因為它一生下來就是光速，沒有任何加速時間。但在我們現實世界，見到的任何物體都會有一個加速過程。

為何光子如此特殊？如何豪橫？

首先，我們可以用愛因斯坦的狹義相對論中的質增公式去理解，這個公式是：

公式中m為物體的動質量，m0為靜質量。如果一個物體以光速飛行，也即使V等於C，那麼公式中的分母就等於零，公式失去了意義。不過，在高等數學中，「不定型極限」詮釋了這種理念：分母為零時，只要分子也為零，公式同樣有意義。

所以，如果質增公式中物體的速度為光速時，分子m0也必須為零，m0就是物體的靜質量。

光的靜質量也確實為零，它不需要任何加速過程就能達到光速，而且必須以光速飛行，否則這個世界就亂了套。

那麼，為何光子的靜質量為零，其他粒子比如說電子，質子等靜質量不為零呢？

這裡需要明白質量的本質，也就是：質量到底是如何產生的？

科學家耗費了幾十年才揭開了質量的本質。這需要從粒子標準模型說起。

在標準模型中，世界上的粒子可分為兩種：玻色子和費米子。玻色子就好像是膠水（傳遞各種基本力）把費米子粘結起來形成基本物質。而費米子就是最基本的粒子，比如說夸克就是玻色子，光子就是玻色子（光子傳遞電磁力）。

根據標準模型理論，粒子本應該都沒有質量的。不過科學家通過計算發現一個驚人事實：一個物體的質量99%都是通過基本粒子之間的相互作用獲取的，基本粒子只構成了物體1%的質量。

舉個例子，假設原子的質量是100，那麼原子核和電子的質量總和其實只要1，其餘的99都是原子核與電子，質子與中子，以夸克與夸克之間的相互作用，這些相互作用其實就是能量，而能量與質量是等價的。

那麼基本粒子是如何獲得質量的呢？

答案在於「希格斯玻色子」，它賦予了粒子質量，也被稱為「上帝粒子」。

如何賦予粒子能量呢？通俗地講，希格斯玻色子可以讓粒子減速從而獲得質量。換句話說，如果沒有希格斯玻色子的「阻攔」，基本粒子本應該以光速飛行。而科學家也真的在大型粒子對撞機實驗中發現了希格斯玻色子，希格斯本人也因此獲得了諾貝爾獎。

而光子非常特殊，它不會被希格斯玻色子「阻攔」，天生就是光速飛行，靜質量為零。

換一種思維方式來理解光速。

其實從物理學角度來講，光速並不是指光的速度，光速是宇宙時空的一個固有的內在秉性，不僅僅光子的速度是光速，引力波和信息的傳遞速度也是光速。光速只與真空本身有關，與真空中的介電常數和磁導率有關：

其中μ0為真空磁導率，εo為真空介電常數。

我們通常認為的「光速就是光的速度」其實是不嚴謹的，或者說是一種「狹義」觀點，因為畢竟光是最常見的物質，我們也會習慣認為光速指的就是光的速度。

總之，光速是由時空結構來決定的，時空會告訴物質該如何運動，物質的運動也會影響到時空。