驱使光子前进的动力是什么？光子是怎么达到光速的

光应该是宇宙中最常见也是最神秘的存在了。最开始，大部分人都认为光是瞬时作用的，就是没有速度的概念，无论传播到多远的距离，都不需要消耗时间。这种印象也很符合我们的认知。因为只要光一出现，瞬间就可以填满小黑屋。

爱因斯坦提出了光电效应，认为光的能量形式也是一份份的,也就是量子形式的，从此光又有了新的描述形式-光量子,简称为光子。光子从一旦诞生开始就以光速在运行，光子的静止质量为零。光子只要不被吸收，就永远停不下来，而且光子的寿命几乎是无限长的。

从牛顿的力学三定律我们可以了解到，宇宙中的物体在不受力的状态下可以保持静止或者匀速直线运动的两种形态。如果想要改变一个物体的运动状态，让它加速运动或者减速运动，那么必须要给它提供力的作用。有力才有加速度，速度才会变化，这个道理是非常浅显易懂的。

比如当你开车的时候，如果想跑得快一点，那就需要猛踩油门才行。这样车的速度就会提升，这个过程就涉及到了能量转化问题。石油的化学能通过一系列的操作最终转化为车的动能，但是车的速度也是有限的，最终能量因为地面的阻力都消耗掉了。

爱因斯坦研究发现，他认为光是宇宙中最快的速度，任何有静止质量的物体速度都永远达不到光速。理论上只能无限接近于光速。爱因斯坦曾做过这样的思维实验：当时的交通工具火车如果不断地给它加煤加燃料，火车的速度就会不断地提升。但理论上只能加速到无限接近于光速。

从狭义相对论的质增效应来看，高速运动的物体质量会不断地提升。当物体达到光速的50%时，质量就会提升15%。当达到99%的光速时，质量就会提升至700%。这样就导致想把质量更大的物体提升至光速，那么需要的能量就会更大。最后的结果就是，有静止质量的物体永远都达不到光速。但是光子比较特殊，并没有静止的质量，因此也不属于物质。

根据量子力学来说，光仅仅是一份份的能量。只要一经产生，它的速度就会达到30万公里每秒，并不能无缘无故地消失，只能被其他粒子所吸收。我们理解光子的速度，其实可以把光速看成是光子的特有属性。就像一个人拥有质量一样，这是一出生就确定下来的。目前已知的四大基本作用力——引力、电磁力、强力和弱力，量子力学可以从基本粒子交换的模型来解释电磁力、强力和弱力，但是引力粒子目前并没有被发现。对引力最好的解释就是爱因斯坦的广义相对论。

按照规范场论来说，所有基本粒子的质量都应该为零，但实际上并非如此。科学家提出了希格斯场来解释这些基本粒子的质量问题。当粒子运动过程中通过希格斯场时，就会和它发生相互作用，从而粒子的速度减少，使粒子获得质量。但是光子通过希格斯场却是不同的机制，光子并不会被减速，也不会被赋予质量。光子的静止质量为零，30万公里每秒的速度就是光子的固有特性。

爱因斯坦认为，宇宙中有静止质量的物体都不能达到光速，只能无限接近于光速。同时，信息的最快传递速度也只能为光速。至于经常被大家所提及到的宇宙膨胀速度超过光速等，都不违反爱因斯坦对于光速的设定。

需要说明的是，光在介质中传播速度比真空中慢。原因是光在介质中的粒子，尤其是电子，发生相互作用时，光传播的光程变长了，所以宏观现象就是光的传播速度变慢。但本质上，光子的速度并未减慢。那么光是怎样达到光速的？光又是如何保持光速的呢？驱使光子前进的动力又是什么？

如果从光子的粒子性角度来解释，光是由无静止质量的光子组成。根据狭义相对论，既然光子的静止质量为零，它们的速度只能是光速。根据粒子物理标准模型的希格斯机制，没有静质量的光子在穿过遍布宇宙的希格斯场时，光子不会发生耦合作用，所以他们不会获得静质量，速度也不会从光速降下来。光子一旦被产生出来，它们的速度就会直接达到光速。光子的传播不需要能量来驱动。如果没有被物质或者黑洞吸收，它们始终会以光速在真空中无限地传播下去。

另一方面，如果从光的波动性来解释，光的本质是电磁波。麦克斯韦电磁场方程组表明，电场和磁场在本质上是统一的。变化的电场会激发出磁场，变化的磁场又会激发出电场。如此反复就产生了电磁波。由于电磁场以光速建立起来，所以电磁波会以光速传播。电磁场的产生和存在没有借助于介质，所以光可以在真空中以光速传播。虽然随着空间结构的持续膨胀，在空间中传播的光会出现红移，但它们不会完全消失在宇宙中，所以只能说光子一生下来就是光速，所以这或许是大自然的一种规律。