众多粒子中，为何光子的速度能达到光速，其他粒子为什么达不到？

现代物理学大厦有两大基石：相对论和量子力学，分别统治着宏观世界和微观世界。

其中相对论与爱因斯坦几乎是“等价”的，而量子力学也有爱因斯坦不可磨灭的功劳，足以可见爱因斯坦有多伟大！

在19世纪初，爱因斯坦相继提出了伟大的狭义相对论和广义相对论。其中狭义相对论表明，光速是宇宙的极限速度，也是任何信息，物质和能量传播的最快速度。

一开始，“光速限制”这个思想很难被大众接受，毕竟在人们的固有印象里，只要给一个物体不断施加作用力，物体就会一直加速，这也是牛顿力学体系的其中一个精髓。

不过，在狭义相对论诞生之后，光速限制不断被科学家在实验中验证，因此也逐渐被大众接受。

但这里就有一个疑问，光速为何如此特殊？光是如何达到光速飞行的？而且是瞬间达到光速的？光子以光速飞行的动力到底是什么？

要想弄清楚以上问题的答案，我们需要深入到微观世界一探究竟。

正式开始之前，先强调一点，其实光速并非指“光的速度”，光速是四维时空的固有速度，只与四维时空本身有关，可以认为是因果律传递的速度。只是人们一开始就用光的速度定义光速，因此这个习惯就延续下来了。除了光子之外，还有很多速度也是光速，比如说胶子，引力波等。当然，光在真空中的速度等于光速，并非偶然，也是必然的。

回到正题，要想弄清楚“光子为何必须以光速飞行”这个问题，首先我们需要了解粒子标准模型。

粒子标准模型中，有很多基本粒子，这些基本粒子经历了很长时间才被发现的，最初的发现来自于卢瑟福的著名实验“阿尔法粒子轰击金箔实验”，这个实验让我们更清晰地了解了原子模型。

之后物理学家们就“照葫芦画瓢”，不断利用粒子之间的对撞，寻找新的基本粒子。结果也确实发现了很多基本粒子，多达上百种。

问题就来了，这么多的粒子感觉太混乱了，如何进行有效分类呢？物理学家们经过深入探索，终于建立了粒子标准模型，把看起来异常混乱的基本粒子进行了详细分类。

简单来讲，所有基本粒子都属于两大类：费米子和玻色子。费米子其实就是我们平时所讲的基本粒子，比如说电子，夸克等。而玻色子就是把费米子粘结在一起的基本粒子，作用就像胶水一样。

打个比方，基本粒子就像砖头，而玻色子就像水泥，砖头通过水泥粘结在一起，就可以组建起高楼大厦，也就是我们平时看到的宏观物体。

玻色子有四种，都属于规范玻色子，分别是胶子，光子，玻色子和引力子，分别是强力，电磁力，弱力和引力的传播子，这四种力也是自然界的四种基本作用力。四种规范玻色子就像胶水一样粘结着各种费米子，而四种基本作用力就是靠这四种玻色子来传递的。强调一下，引力子目前还只是假象概念，并没有找到引力子存在的证据。

具体来讲就是，质子和中子等核子就是通过胶子来传递强相互作用（强力）粘结在一起的，形成原子核。而原子核和电子通过光子传递电磁力构成原子。

看到这里，伙伴们对微观粒子的构成应该有个大致了解了，但这一切与光子以及光速又有什么关系呢？

关系很大！如果你深入思考，就会发现一个致命的问题：这么多的基本粒子，质量是从哪里来的呢？也就是说，到底是什么东西赋予了基本粒子质量呢？

根据粒子标准模型，所有的基本粒子应该都没有质量，都应该以光速飞行。但实际上并非如此。

物理学家们通过计算发现，物质的质量99%都来自强力，也就是强相互作用。三个夸克通过强相互作用粘结起来形成中子和质子，质子和中子也是通过强相互作用粘结起来形成原子核，而原子核的质量几乎等同于原子的质量，电子的质量太小了，几乎可以忽略不计。

强相互作用是通过胶子传递的，具体是如何传递的呢？打个比方，就相当于夸克把胶子扔来扔去，在这个过程中可以表现出巨大的能量，也可以理解为把夸克或者质子中子束缚在一起的能量，这种能量其实就是核能。

按照爱因斯坦的质能方程，能量也可以表现为质量，因此物体99%的质量其实都源于能量。但问题是剩下的1%质量，到底是什么呢？

理论上分析，肯定是基本粒子本身！因为粒子标准模型中，除了基本粒子，就是基本粒子之间的相互作用。而粒子之间的强相互作用构成了物质99%的质量，那么剩下的1%的质量肯定来自基本粒子。

但是刚刚也提到了，粒子标准模型表明，基本粒子本应该是没有质量的，为什么又有质量的呢？这些质量又是如何来的呢？

物理学家们提出了著名的希格斯机制，认为自然界还存在另外一种玻色子，标量玻色子，也就是希格斯玻色子，正是这种玻色子赋予了基本粒子质量。

什么是希格斯玻色子？简单来讲，宇宙中充满了希格斯场，而希格斯场的扰动就会形成希格斯粒子。可以这么通俗理解，希格斯场就像是波澜不惊的汪洋大海，而当大海受到扰动就会变得汹涌澎湃，也就溅起小水珠，而那些小水珠就相当于希格斯粒子。

希格斯粒子具体是如何赋予基本粒子质量的呢？

通俗理解，绝大部分基本粒子都会与希格斯粒子发生相互作用，在这个过程中发生减速，并获得质量。也就是说，基本粒子本应该以光速飞行，但如今有了希格斯粒子这个“拦路虎”，基本粒子不得不慢下来，然后获得质量，也就是静质量。

但并不是所有的粒子都会受到希格斯粒子的阻拦，比如说光子和胶子就不会，因此，光子还有胶子就保持了本来应有的特性：光速飞行，而且一出生就以光速飞行，没有任何加速过程，静质量当然也为零。

是否与希格斯粒子发生相互作用，取决于基本粒子的固有属性，比如说角动量，自旋等属性。

当然，空口无凭，希格斯粒子真的存在吗？确实存在，物理学家们在2012年就发现了希格斯粒子存在的证据，而希格斯本人也因此获得了诺贝尔物理学奖！