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光速達到30萬公里/秒,光子是依靠什麼動力達到光速飛行的?
2023/03/30

光速,真空中的速度大約每秒30萬公里,在我們眼里非常快。而光速也被定義為「宇宙速度極限」,愛因斯坦的相對論里對此有深刻描述。

那麼,有人可能就會提出這樣的疑問:光的速度這麼快,到底是什麼動力讓光達到光速的呢?

這個問題不僅普通人會有疑惑,一開始連科學家也無法解釋。不過隨著科學家對微觀世界的深入研究,逐漸發現了問題的本質。

從20世紀初開始,科學家開始不斷深入物質內部,研究組成物質的最小結構單元。最開始科學家認為原子就是組成物質的最小單溫,不過隨后發現,原子也是有組成結構的。

原子由原子核和核外電子組成,而原子核又是由質子和中子組成。科學家將所有發現的微觀粒子統稱為「費米子」,除了費米子之外,還有玻色子。

費米子就是組成物質的基本單位,比如說電子和夸克就是費米子。而玻色子指的是把費米子結合在一起的粒子,就像是費米子的粘合劑,把費米子粘結在一起。

比如說,質子和中子都是由三個夸克組成的,夸克之間就是依靠玻色子結合在一起的。而原子核和電子在電磁作用下形成原子,通過光子來相互作用,光子也是一種玻色子。

之后科學家創建了標準粒子模型,對自然界四種基本作用力進行了分類描述。

科學家們發現了一個規律,粒子越小,速度就會越快,粒子的質量越大,速度就會開始變慢,動能轉化成物質內在能量。

而且科學家還發現,粒子99%的質量并不是由基本粒子組成的,而是來自粒子之間的相互作用。比如說,質子由三個夸克組成,但是三個夸克的質量總和只有質子質量的1%,剩下的99%都來自于夸克之間的強相互作用的束縛能。

那麼問題來了,這1%的質量又是來自哪里呢?

著名物理學家希格斯提出了「希格斯玻色子」的觀點。該觀點認為,夸克的速度非常接近光速,但仍舊不會達到光速,宇宙間充滿了希格斯玻色子,這種玻色子與夸克進行相互作用,進而進行減速,而這1%的質量就是因為被希格斯玻色子減速而獲得的。

光子之所以能以光速飛行,就是因為光子不會與希格斯玻色子發生作用,所以會以光速飛行。

事實上,任何粒子在靜質量為零時都會以光速飛行,而且必須以光速飛行,但是大多數粒子都會被希格斯玻色子減速然后獲得質量。

也就是說,任何微觀粒子的速度本應該都是光速,深層意義是:萬物的原始形態其實都是光子,速度也都是光速。但正是由于希格斯玻色子的存在,讓微觀粒子減速形成了各種費米子,然后費米子又形成了各種物質,才有了如今豐富多彩的世界。這也是為什麼希格斯玻色子被稱為「上帝粒子」,希格斯本人也因為「上帝粒子」獲得了諾貝爾獎。

所以,光子以光速飛行,不需要任何能量,是光子本身具有的固有屬性!

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