光子一出生就是光速，而且必须以光速飞行，为何其他粒子不这样？

发布者：自由的坚冰 2023-8-10 09:31

光，确实很特殊。爱因斯坦在20世纪初提出了伟大的狭义和广义相对论。其中狭义相对论的基本前提就有“光速不变原理”，光速是绝对的，在任何参照系下都保持不变。

那么，光为何如此特殊呢？为何总是会以光速飞行呢？甚至没有任何加速过程？

我们需要从人类现代科学的发展过程来寻找答案，首先从粒子标准模型说起。

刚才说了，爱因斯坦提出了伟大的相对论，之后量子力学也横空出世，为了统一两大理论，量子场均也问世了。

不过量子场论只是统一了狭义相对论和量子力学，并没有把广义相对论纳入进来。于是科学家们不断努力探索，继续从微观领域入手。

在大型粒子对撞机的帮助下，科学家们让微观粒子以非常接近光速的速度发生碰撞，碰撞瞬间产生超强能量，产生了很多基本粒子。随着基本粒子越来越多，就会显得越来越混乱，就像“粒子动物园”一样，混乱无序。

于是科学家们准备把所有的粒子进行有效分类，粒子标准模型呼之欲出。在该模型体系下，原来混乱无序的“粒子动物园”，一下子变得井研有序。

简单讲，所有的基本粒子其实都可以归纳为两种，分别是费米子和玻色子。

所谓的费米子，就是我们平时所说的基本粒子，比如说电子，夸克等。这样理解会更容易，把一个物体不断分割，最终剩下的不能分割的部分就是费米子。

而胶子更好理解了，费米子通过相互组合，成为更大的宏观物体，而费米子之间的组合需要一定的力量，而胶子就负责传递力量，说白了，胶子就像一根绳子一样，把费米子连接在一起。

比如说质子和中子都是由三个夸克组成，三个夸克如何结合在一起的呢？通过胶子传递强力结合在一起，胶子就是一种玻色子。

除了胶子之外，光子，中间玻色子和引力子都是玻色子，光子传递电磁力，中间玻色子传递弱力，引力子传递引力。不过目前科学家们还没有找到引力子存在的证据，引力子还是一个假象概念。

那么粒子标准模型和光子必须以光速飞行有什么关系呢？

这就需要希格斯场和希格斯粒子登场了。科学家们认为，希格斯场充满了世界每个角落，而希格斯粒子是希格斯场受到扰动形成的，也被称为“上帝粒子”，因为万物的质量都是因为希格斯粒子的存在而形成的。

具体怎么回事呢？

简单讲，基本粒子在运动的过程会与希格斯粒子发生相互作用，从而会减速，在减速的过程中获得了质量。

也就是说，其实微观粒子本来都应该以光速飞行的，而且一出生都以光速飞行，也都是没有静质量的，正是因为希格斯粒子的存在，对微观粒子起到了减速作用，在这个过程中赋予了基本粒子以质量，所以想电子等微观粒子并不是以光速飞行。

不过，光子比较特殊，它并不会与希格斯粒子发生任何相互作用，所以光子的速度就是光速，而且一生下来就是光速，也没有任何加速过程。

除了光子之外，胶子也不会与希格斯粒子发生作用，所以胶子的速度同样为光速，与光子的性质很像。

希格斯场和希格斯粒子的概念一开始其实也是假设，科学就是这样，基本上都是通过“大胆假设，小心求证”的方式不断向前发展的。


既然是假设，证据就很重要。科学家们花了很长的时间来寻找希格斯粒子存在的证据，终于在2012年找到了，也是通过大型粒子对撞机找到的。而最初提出希格斯场和希格斯粒子的物理学家希格斯，也因此获得了诺贝尔物理学家，这是对他最大的褒奖！

彼得·希格斯 阿尔伯特·爱因斯坦 相对论 2019未来科学大奖

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