【光子为什么能达到光速,而且必须达到光速?为何其他粒子就不行?】

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爱因斯坦的狭义相对论告诉我们 , 光速是宇宙中的速度极限 , 只有静质量为零的微观粒子(比如光子 , 还有胶子)才能以光速飞行 , 而且必须以光速飞行 , 其他基本粒子都达不到光速 , 为何会这样?
这需要从粒子标准模型说起 。
爱因斯坦创建了狭义相对论 , 然后量子力学也被科学家提出来 , 接下来科学家又完成了一个重要工程:用量子场论统一了狭义相对论和量子力学 , 于是粒子标准模型呼之欲出 。
之所以会创建粒子标准模型 , 主要是为了规范越来越多的微观粒子 。 在科学家研究微观世界的时候 , 用大型粒子对撞机轰击出了越来越多的微观粒子 。 这时候问题就出现了:该如何把这些粒子进行很好的分类呢?
于是科学家朝着粒子标准模型的方向努力了 。
这个模型看起来比较复杂 , 这里就挑重点说 , 可以这样简单通俗地理解 。
宇宙万物都有由基本的微观粒子组成 , 而微观粒子可以分为两种:费米子和玻色子 。
费米子和玻色子有什么区别?简单讲 , 费米子就是不可再分的基本粒子 , 根据泡利不相容原理 , 两个费米子不能处于同一能级(有点排斥的味道) , 由此就产生了电子简并压和中子简并压 。
而玻色子就像是胶水一样 , 在费米子之间传递各种基本作用力 , 把不同的费米子组成各种物质 。
比如说 , 夸克电子都是费米子 , 光子胶子还有引力子等都是玻色子 。 电磁力就是通过光子来传递的 , 电子和原子核通过光子传递电磁力形成原子 , 而夸克通过胶子传递强力形成了中子质子 。
回到正题 , 那么以上这么多和光子以及光速有什么关系呢?
关系很大 。 标准粒子模型看起来很简洁完美 , 但还是有一个问题没有解决:费米子的质量到底从哪里来的呢?
著名物理学家希格斯提出了希格斯场的概念 , 认为希格斯场充满了宇宙每个角落 , 而希格斯场的扰动就形成了希格斯玻色子 , 也被称为“上帝粒子” , 正是希格斯玻色子赋予了基本粒子质量 。
如何赋予质量的呢?
简单说 , 希格斯玻色子可以让基本粒子在运动中发生减速 , 由此获得了质量 。 说白了 , 如果没有希格斯玻色子 , 基本粒子(比如说电子 , 夸克等)也可以而且必须以光速飞行 , 但正是由于希格斯玻色子的存在 , 基本粒子(费米子)的运动就受到了阻拦 , 就体现出了质量 。
科学家花了很长时间寻找希格斯玻色子 , 终于在大型粒子对撞机中找到了 , 而希格斯本人也因此获得了诺贝尔物理学奖 。
所有费米子都会被希格斯玻色子赋予质量 , 但光子(还有胶子)并不会 , 它的飞行并不受希格斯玻色子的影响 , 也就是说 , 光子不会和希格斯玻色子发生作用 , 自然也就没有了质量 。
因此 , 光子可以毫无阻拦地在宇宙中飞行 , 在飞行过程中不会有任何加速 , 一出生就是光速 , 而且必须是光速!
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