光子瞬间达到光速，而且必须以光速飞行，为什么会这样？

不知道你有没有注意到这种现象，世界上好像没有什么是绝对的，任何物理量貌似都是相对的，比如说速度，温度，密度等。

就拿常见的速度来讲，我们通常所讲的速度，其实都是默认以地球为参照系，也就是相对地面的速度。一旦我们换一个参照系，物体的速度就会发生变化。

既然速度是相对的，理论上讲我们永远无法确定一个物体的速度到底是多少。深入思考这个问题，你会发现这很难让人接受，似乎我们生活在“什么都不确定的”世界，任何物体的速度都必须相对其他物体才有意义，没有一个统一的标杆让我们参考。

就好像任何事都没有对错一样，只要站在不同的立场，就会得出不一样的结果。哪怕我无缘无故打你一耳光，也可以说对的。这太让人难以接受了！

直到科学家们对光和光速进行了深入研究，才发现不是那回事，我们的世界并不是任何事物都是相对的，也有“绝对”的存在。

这个“绝对”的存在就是光速。

在座的都知道，光速是自然界中的最快速度，任何信息和能量的传递速度都无法超过光速，其实这就是“光速限制”。

“光速限制”并不是光速特殊的地方，光速最特殊的地方在于，无论你站在什么角度分析，无论你是什么参照系为标准，光速永远都是光速，永远都是每秒30万公里（当然是真空中的光速）。

举个例子就明白光速的这种特性到底有多霸道了。

我打开手电筒，发出一束光。假设你速度足够快，在我打开手电筒的同时，以99%光速追赶那束光。

那么，在你眼里，那束光的速度是多少呢？

你可能会认为：这还不简单吗？不就是简单的速度叠加计算吗？小学生都会，光的速度减去我奔跑的速度，也就是1%光速，每秒3000公里。

显然，你的回答是错的。正确的答案是，无论你奔跑速度有多快，那么无限接近光速，在你眼里那束光的速度永远都是光速，每秒30万公里。

其实这就是光速不变原理。

光速的这种霸道行为意味着，无论外部环境如何变换，光速都保持绝对不变，不管是任何运动状态，任何参照系下，光速永远都是那个光速。

如果宇宙中存在绝对的不变量，绝对不变的标杆，这个标杆就是光速！

通俗来讲，不管你以多快的速度追赶一束光，那束光相对你的速度永远都是光速。你的速度可以忽快忽慢，而光可以随时根据你速度的快慢“调整”自己的速度，保证相对你的速度一直都是光速！

那么，为什么光必须以光速飞行而其他物体的速度达不到光速呢？为什么光速又如此特殊，恒定保持不变呢？

先来分析第一个问题。

简单回答，这是爱因斯坦狭义相对论推导出来的结果。不过，狭义相对论是建立在两大基本假设的基础上提出来的，这两个基本假设分别是：光速不变原理和狭义相对性原理。

这就意味着，用狭义相对论去诠释光速限制很容易走进“无限循环”的结果，或者说用“结果去倒推原因”，这显然有点难以服众。

说得再直白了，用狭义相对论去解释光速限制，实际上就相当于先假设宇宙存在“光速限制”，然后进过一系列推论，最终推算出“光速限制”的结果，这就有点不太合适了。

我们需要回到微观世界，去洞察光和光速的奥秘。

科学家们如今已经把狭义相对论和量子力学结合起来，成功建立起了一套粒子标准模型，这套模型把基本粒子进行了分类，总体可以分为两大类：费米子（也就是我们通常所讲的基本粒子），还有玻色子。

费米子和玻色子有什么区别呢？这样打比方就很容易理解了。把一个物体不断分割下去，最终剩下的不能再分割的就是费米子，而玻色子就是把费米子粘结起来的粒子，就像胶水那样。

说白了，费米子就像砖头，而玻色子就像水泥，砖头通过水泥粘结起来才能建造高楼大厦。

比如说，中子和质子都是由三个夸克通过强相互作用构成的，夸克就是费米子，而强相互作用就是通过胶子传递的，胶子就是玻色子，相当于“胶水”把三个夸克粘结起来。

中子和质子之间也是通过胶子粘结一起的。胶子传递的强相互作用，也就是强核力，在传递的过程中形成巨大的能量，其实就是核能。强核力如此强大，要想把核子分开或者聚集到一起需要极大的能量才行。

根据爱因斯坦狭义相对论中的质能方程，能量与质量等价。因此强相互作用形成的强大能量，其实也是原子核质量的一部分。

科学家们通过计算发现，强相互作用带来的能量转化而成的质量，占了整个中子和质子质量的99%，那么剩下的1%质量哪里去了？

理论上讲，那1%的质量只能是夸克的质量，但是夸克又是如何获得质量的呢？

解决这个问题就需要希格斯机制了。

希格斯机制其实是比较复杂的，但可以这么简单理解。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，也被称为“上帝粒子”，正是这种粒子赋予了夸克等基本粒子以质量。

具体是如何赋予质量的呢？

简单讲，夸克电子等基本粒子本应该都以光速飞行，但是由于希格斯粒子的存在，夸克电子等粒子会与希格斯粒子发生相互作用，从而发生减速，在减速的过程中获得了质量。

而在众多粒子当中，只有光子（还有传递强相互作用的胶子）不会与希格斯粒子发生作用，因此光子的速度一直保持光速，而且一出生就是光速，没有任何加速过程，光速飞行的时候，也不需要任何动力。

这样就解释为什么宇宙中存在光速限制了，因为希格斯粒子的存在，赋予了万物质量，万物获得质量的过程中发生了减速。

这也是为什么我们会这样讲：任何具有静质量的物体都不可能达到光速，而光子的静质量为零，因此能以光速飞行，而且必须以光速飞行。

当然，希格斯机制一开始只是假设或者预言，科学家们当时也没有找到希格斯粒子存在的证据。不过通过不懈努力，科学家们终于在大型粒子对撞机实验中，发现了希格斯粒子存在的证据。

至于哪些粒子会与希格斯粒子发生作用，与基本粒子的内在属性有关，比如说自旋，角动量等。

还有一个问题：光速为何是绝对的？为何在任何情况下都绝对不变？

从爱因斯坦的狭义相对论角度来讲，光速不变是一个假设，也可以认为是公理。既然是公理，就不需要证明，只需要我们接受。当然你也可以不接受，毕竟我们都有理由不接受一个假设的事实。

但是，光速不变绝不是一个无厘头或者凭空想象出来的假设，虽然违背我们的传统思维和日常认知，但符合实验发现，无数次被实验证明。

当我们的日常生活经验和实验结果发生冲突时，当然要以实验结果为准，毕竟由于我们生活在狭小的地球空间里，日常生活经验肯定有很大的局限性。

如今我们知道，光速其实就是四维时空的固有属性，只与四维时空本身有关，与外部事物和环境都没有关系。因此，只要四维时空这个大环境不变，光速就保持绝对不变。通俗理解，光速其实不是绝对的，这个速度只是相对四维时空运动的速度。

最后我想说的是，严格来讲光速并不是指“光的速度”，它是四维时空本身的速度，这也是为什么不仅仅光的速度是光速，信息的传播速度也是光速，引力波的速度同样是光速。

只不过光在我们身边无处不在，一开始我们也只能研究光的速度，从而定义为“光速”，这是巧合，但也是必然。出于习惯，我们就一直使用光速这个概念。