光速每秒30万公里,背后推动的动力是什么?

答案很简单,光不需要动力,基本粒子天生就拥有光速,而光没有静止质量,它没有被希格斯场所减速,而其他基本粒子因为拥有静止质量,因此被希格斯场所减速,所以达不到光速。那具体是咋回事呢?

宇宙中有什么是绝对的?那么,在物理学当中,有一个东西是绝对的,那就是光在真空中的速度近似等于30万公里/秒。那光为什么会这样拥有这样的速度?它的动力到底是什么呢?

其实,答案很简单,光不需要动力,基本粒子天生就拥有光速,而光没有静止质量,它没有被希格斯场所减速,而其他基本粒子因为拥有静止质量,因此被希格斯场所减速,所以达不到光速。那具体是咋回事呢?

质能等价

在物理学界,即便是物理学的发展得到了前所未有的推荐。在一些基本的概念上,科学家们依然推荐得很痛苦,比如:质量,能量和光速。伽利略曾经就挑战过光速,而且他仅仅是尝试去测光速,却只能以失败而告终。

到了20世纪,有一个物理学界的天纵奇才出现了,他就是爱因斯坦。在他1905年发表了四篇极具开创性的论文,其中就包括大名鼎鼎的狭义相对论。除了狭义相对论,在当年最晚发表的一篇名为《质能等价》的论文是补充狭义相对论的。

在这篇论文当中,爱因斯坦提出了一个大名鼎鼎的质能方程E=mc^2,这个方程是爱因斯坦用来描述质量和能量的关系的,其中就用到c^2,也就是光速的平方。

这个方程描述了一个等价关系,假设有个物体的质量是m,那它所拥有的能量E就是mc^2。在推导质能方程的过程中,爱因斯坦论述了信息、物质、能量的极限速度是无法超越光速。如果要达到光速,那么静止质量只有等于0时。

后来科学家们发现,爱因斯坦这篇文章存在着循环论证的问题。不过,在几位物理学家和数学家的共同努力下,也最终拿出了十分严谨的证明。可能你要问了,凭什么信息、物质、能量的速度不能超过光速?

爱因斯坦当年只是用光速不变原理推导得到这个结果,但更深层次的原因并没有给出解释。不仅如此,实际上爱因斯坦也没有解释到底什么是质量?不过,后来有一批物理学家一并解决了这2个问题。那具体是咋回事呢?

希格斯场

科学家实际上是基于原子结构的研究从而解决这个问题的。我们都知道,原子都是由原子核和电子构成的。电子无法再分,而原子核还可以继续分为质子和中子。其中质子是带正电,中子是不带电的。可是你想过没有,原子核内有那么多质子, 不应该因为同种电荷相排斥而被弹开吗?

其次,科学家还通过轰击质子和中子的实验发现,质子和中子也应该还可以再分更小的粒子。这种粒子后来被称为夸克。

除此之外,原子核还存在着衰变的现象,比如:β衰变,一个中子衰变成一个质子、一个电子和一个中微子。

基于这些现象,科学家提出,在宇宙中存在着四种基本作用力,分别是强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用和引力。其中,强相互作用把夸克束缚在质子当中,也把质子束缚在原子核当中,因此它们的强度要大于电磁力,衰变则是由弱相互作用引起的。

科学家利用一套叫做规范场的理论,试图把四大相互作用统一起来,他们几乎完成了强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用的统一。但是有一些科学家就发现了一个问题,这其实就是质量问题。根据这套理论,物质的质量到底从哪里来呢?

科学家发现,物质99%的质量来自于强相互作用把夸克束缚在质子和中子当中的能量,我们可以通过上文提到的质能等价计算得到。至于剩余的1%的质量则是来自于各种基本粒子的。这听起来其实很完美有没有?

可问题就出在,在规范场当中,夸克和电子这类基本粒子是不应该有质量的。其次,相互作用在规范场论当中可以看成是把某种粒子扔来扔去的结果,比如:强相互作用就是把胶子扔来扔去;而弱相互作用就是把W玻色子和Z玻色子扔来扔去;电磁力就是把光子扔来扔去。胶子和光子明明是没有质量的,可W玻色子和Z玻色子却有质量,这很是奇怪。

后来,为了解决这个问题,科学家不得不提出另外一个假设来给规范场论做补充。他们提出了希格斯机制,他们认为宇宙中遍布着一种场叫做希格斯场,当粒子通过时,希格斯场会和粒子发生作用,会导致粒子减速并获得质量。物质剩余的1%的质量就是希格斯场赋予的。

但是并不是所有的粒子都会和希格斯场发生作用,如果粒子的静止质量是0,那么它就不会和希格斯场发生作用,那它的速度就应该是光速。光子的静止质量是0,所以它没有被希格斯场减速,所以它的传播速度是光速。

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