光子是靠什么“动力”瞬间达到光速的？光子：能慢下来才是高手！ 热点评

手电筒一开，宇宙最高速的光就会射出，光这么快，两节一号电池能匹配这么大能量吗？光子说：不是我快了，是你慢了，快不是本事，谁都会。慢意味着积累了能量，才能稳固下来，历经岁月。

光子描述了宇宙万物的本质，即狭义相对论中：一切存在（静止）质量的物质都无法达到光速，而（静止）质量为零的物质总会以恒定的光速运动（真空中）。爱因斯坦的质能方程描述了：质量即能量，只是存在的形态不一样而已，质量更为稳定。这些描述就像天书一样，只是表面上的客观规律，那么为什么会有这样的规律？所有的答案都在微观世界之中，我们深挖一下。

(资料图片仅供参考)

光到底是什么？

光一出现就会以光速在时空中直线运动。牛顿说：如果一个物体不受任何力的作用，或者合力为零，那么物体会沿直线无休止的匀速运动下去。这看似一样，不过，牛顿这个说法的前提是光必须是一个“物体”，也就是说光应该是由某种微粒构成的，如果光是一种波，就像水波一样，那么这个说法就不成立，因为波需要介质，就像水波需要水的震动。

牛顿走后，科学界二号人物诞生，麦克斯韦说：变化的电场会产生磁场，磁场又会产生电场，电再生磁，磁再生电，周而复始，光就是电磁波，波速即光速。

到了量子时代，德布罗意说：你们都别争了，大家说的都对，但大家又说的都不对。爱因斯坦说：老德说得对，但是我也没太弄明白。然后爱因斯坦沉默了一下，又眼含深意的说了下面这一段话：

好像有时我们必须用一套理论，有时候又必须用另一套理论来描述（这些粒子的行为），有时候又必须两者都用。我们遇到了一类新的困难，这种困难迫使我们要借助两种互相矛盾的观点来描述现实，两种观点单独是无法完全解释光的现象的，但是合在一起便可以。

爱因斯坦描述的就是光具有波粒二象性，即光具有波动性，同时具有粒子性。然而不单单是光具有波粒二象性，所有粒子或量子都具备这个性质。这个理论的出现意味着人类突破了物理“智子”的封锁，推开了新世界的大门，也是宇宙创造万物的底层密码。

波粒二象性是量子力学的核心，诡异的双缝干涉实验，测不准原理，薛定谔的猫，上帝不掷骰子，平行宇宙和它都脱不了干系。那么何为量子？量子的定义翻译过来就像是拿着刀把一个苹果一顿剁，剁到最后无论再怎么剁，都不可再分的最小单位，每一个最小份就是量子。光同样具有量子性，光的最小单位是光量子，简称光子。

不过，量子的定义只说对了一半，不要忘了量子具有波粒二象性，因此量子除了粒子性，同时具有波动性。比如我们可以说氢原子核外有一个电子，也可以说氢原子核外有朵电子云。

如果把一“粒水”拿过来一顿剁，最终会剩下什么？

我们原本认为物质的最小单位是分子、原子，后来发现原子可以继续再分，分成电子与原子核，电子核又可以分为质子与中子。后来又发现质子与中子是由（三价）夸克与胶子所构成。

因此物质是由夸克、电子、胶子，这类微小的粒子所构成，称之为基础粒子。人类通过对撞机发现的基础粒子总共有61种，科学家预测有一种传播引力的粒子，即引力子，目前尚未找到，加上它基础粒子就是62种。

图：粒子物理标准模型

这些粒子要详细讲，一天一夜都讲不完，我们只简单说说我们需要的。一切粒子本身都是没有质量，量子描述它们都是“切得最小”的点状粒子，也就说它们都是零维的。不过，它们却构成了三维的宇宙万物，包括你和我，而我们都是有质量的。

图：构成万物的四大相互作用（力）

单个粒子没有质量，但是当“投机”的粒子互相见面就会发生相互作用，质量就源于相互作用产生的能量，所以爱因斯坦说能量就是质量。

举个例子：

一个广场上站着大量路人甲有希格斯玻色子、胶子、电子等等所有粒子，如果一个“明星”从广场上穿过，那么大家就会一拥而上，明星受到的束缚较大，寸步难行，质量也就较大，想要动起来需要用到的能量也比较多，比如夸克。

如果换成是一个“网红”，有的人认识，有的不认识，上的人就稍微少点，束缚稍微小点，通过的速度也更快点，质量稍微小点，比如电子。

如果是你，谁都对你爱搭不理，你可以以极快的速度通过，毫无束缚，那么你就是光子，没有任何质量可言。

图：夸克带色荷就像电子带电荷，胶子可以把三价夸克牢牢锁住，这就是强相互作用力，而电子则依靠光子传递电磁力

谁和谁能相互作用源于粒子的内在属性，例如角动量，电荷，色荷等等。由于四大相互作用力，这些粒子束缚在一起形成了有质量的质子、中子、原子核、原子、分子，这些三维结构，才有了我们。

答案

光的速度能量来源就是没有来源，我们这么慢，是因为有能量来源，能量的体现形式就是质量，能量的产生源于粒子发生相互作用，这也是原子弹爆炸一丢丢质量可以呈现出巨大能量的原因。

关键词： 爱因斯坦 相互作用 波粒二象性

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