光速达到30万公里每秒,光子是依靠什么动力达到光速飞行的?


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光速达到30万公里每秒,光子是依靠什么动力达到光速飞行的?


生活常识告诉我们 , 要想让一个物体运动速度更快(也就是不断加速) , 必须给这个物体持续施加动力 。 最直接的例子就是我们平时开的汽车 , 要想让汽车速度更快 , 必须加油让汽车发动机转得更快才行 。

万事万物看起来都是如此 , 但唯独一个例外 , 它就是光!光生下来就以光速30万公里每秒的速度飞行 , 而且不需要任何加速过程 , 瞬间达到光速 , 也不需要任何动力 。
光 , 为何如此特殊?
首先我们需要了解质量的本质:质量到底是什么?

爱因斯坦的狭义相对论告诉我们 , 静质量不为零的物体永远不会达到光速 , 而静质量为零的物体(比如说光子)能且只能以光速飞行 。 那么问题来了:什么是质量?什么是静质量?
牛顿的经典力学告诉我们 , 质量是衡量物体惯性大小的物理量 , 物体的质量越大 , 惯性就越大 。
但是这种定义是相当模糊的 , 也是很抽象的 , 毕竟“惯性”这个东西也是看不见摸不着的 , 并没有明确说明质量的本质 。
研究质量的本质 , 我们需要深入到微观世界一探究竟 。
万物都是由原子组成的 , 而原子由原子核和核外电子构成 , 组成原子核的质子和中子由夸克组合 。

如此来看 , 原子的质量应该等于夸克与电子的质量总和 。
但科学家们的研究结果表明并非如此:夸克与电子的质量总和只占了原子质量的不到1% , 那么剩下的99%的质量去哪里了?

爱因斯坦的质能方程告诉了我们答案:E = mc ^ 2 。 通俗来讲 , 质能方程告诉我们 , 质量和能量其实是一回事(但更本质的是能量) , 就像一个事物表现出两个方面一样 , 能量和质量可以相互转换 。
【光速达到30万公里每秒,光子是依靠什么动力达到光速飞行的?】质子和中子都是由三个夸克组成的 , 这三个夸克之间通过强作用力束缚在一起 。 我们都知道强作用力非常强 , 强相互作用提供的强大束缚能紧紧地把三个夸克束缚在一起 , 这种束缚能其实就是刚才所说的99%的质量 , 因为根据爱因斯坦质能方程 , 能量可以表现为质量 。

但是还有个问题:夸克和电子组成的1%的质量到底是什么呢?
这里就需要提到著名的希格斯机制 , 也就是希格斯场和希格斯玻色子 。
希格斯机制告诉我们 , 宇宙充满了希格斯场 。 微观粒子的速度本应该都是以光速飞行 , 但正是因为希格斯场的存在 , 让某些微观粒子发生了减速 。 因为微观粒子穿过希格斯场的时候 , 会与希格斯场发生作用 , 从而发生减速 , 同时让微观粒子获得质量 。

不过某些粒子 , 比如说光子并不会与希格斯场发生作用 , 没有质量(静质量) , 所以只能以光速飞行 。
希格斯机制面临的一个必须解决的问题是:如何证明希格斯场的存在?需要找到希格斯玻色子才可以 。 希格斯玻色子是希格斯场受到扰动产生的 。
2012年 , 科学家终于在大型离子对撞机中找到了希格斯玻色子的存在 , 也证明了希格斯场的确存在 , 希格斯本人也因此获得了诺贝尔物理学奖 。

通俗地讲 , 正是因为希格斯场的存在 , 让本来应该以光速飞行的基本粒子速度变慢 , 从而获得质量 , 而希格斯场不会与光子发生作用 , 不会放慢光子的速度 , 因此光子会始终保持光速飞行 。

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