光子是如何達到光速飛行的？爲何說光子必須以光速飛行？

如果要問宇宙中有什麼是絕對的？

那麼在衆多的答案當中，“光速在真空的傳播速度是物質、信息、能量的最快傳播速度”很可能是最佳的答案。那麼問題來了，光速爲什麼是物質、信息、能量傳遞的最快速度？光的動力來自於哪裡？爲什麼光可以直接達到光速呢？

相對論

要了解這個問題，我們首先要從相對論說起。話說在1905年，愛因斯坦提出了著名的狹義相對論。在這個理論中，愛因斯坦破天荒地以“光速不變原理”和“相對性原理”作爲基礎構建起了一座全新的物理學大廈。而通過光速不變原理，我們可以推導出物質、信息、能量的極限速度是光速。

愛因斯坦的這個理論剛提出時，並沒有引起很大的反響，只有學術圈裡的幾個人感覺愛因斯坦是水平不錯的科學家，但是他們並不認同愛因斯坦的理論，其中最具代表性的人物就是量子力學的奠基人：普朗克。

這些科學家之所以無法接受愛因斯坦的理論，是因爲這個理論實在是太顛覆三觀了。不過，隨着後來各種實驗對相對論的驗證，使得相對論越來越被科學界所接受，愛因斯坦也逐漸開始名聲大噪，直至被公認爲20世紀最偉大的科學家。

可是愛因斯坦的相對論只是告訴我們，光速是信息、物質、能量傳遞的最快速度，但卻沒有告訴我們爲什麼會是這樣，這好像是冥冥之中註定的一樣的，就好像是宇宙中最底層的屬性。那後來科學家們搞明白這個問題了嗎？

量子力學

如今流傳着一句話“遇事不決，量子力學”。雖然這句話多少有點嘲諷的意味，但是量子力學本質上就是一種解釋自然現象的思維方式。爲什麼這麼說呢？

我們都知道，科學起源於2000多年前的古希臘。古希臘哲學家在思考“萬物的本原”時，就提出了兩條路徑，一條路徑是研究萬物之所以成爲萬物的原因和規律，後來這條路徑被稱爲形而上學；另一條路徑是研究構成萬物的最小單位，從微觀的角度來解決這個問題，這條路徑也被稱爲自然哲學，後來演化成了如今的科學。由於科學的叫法是在19世紀初纔有的，而牛頓生活在17，18世紀，因此，他的著作纔會叫做《自然哲學的數學原理》。

而量子力學走的就是後一條路徑，從微觀的角度來解釋萬物運轉的規律。光速這件事就可以用量子力學的角度來解釋，那具體是如何解釋的呢？

這就需要我們對微觀世界有一定的瞭解。20世紀中期，科學家利用對撞機撬開了微觀世界的大門，獲取到了許多微觀世界的物理學現象。結果他們大吃一驚，因爲他們發現了好多的粒子，如何給這些粒子分類就成了當時科學家極其頭疼的問題。

最終，科學家結合量子力學和狹義相對論，弄出了一套粒子物理標準模型。在這套理論中，構成萬物的是基本粒子，基本粒子分爲兩類，一類是費米子（費米子又分爲夸克和輕子），一類是玻色子。

費米子可以粗暴地理解成爲把物質切到最碎時的“顆粒”，無法再繼續切下去了，它們的存在使得物質都具有一定的體積；而玻色子則是把這些“顆粒”連接起來的基本粒子，它們依靠的是傳遞相互作用，起到了膠水的作用。我們舉個例子，就拿人體中所需要的氧氣來說。

首先，3個夸克（一種費米子）通過膠子（一種玻色子）傳遞的強相互作用結合形成了質子和中子。

而質子和中子通過介質（也就是一種玻色子）傳遞的核力結合形成了原子核，而原子核和電子（也是一種費米子）通過虛光子（一種玻色子）傳遞的電磁相互作用結合形成了氧原子，氧原子直接通過化學鍵（本質上也是電磁相互作用）結合形成了氧分子，一堆氧分子聚到一起也就是氧氣了。

可能你要問了，說了這麼多和光速有什麼關係呢？

科學家發現這套理論有一個硬傷，如果那就是粒子的質量從哪來。科學家通過計算髮現，傳遞物質99%的質量來自於傳遞強相互作用的能量（通過質能等價理論可以等價於相對應的質量）。那剩餘的1%呢？

爲了解決這個問題，科學家假設了宇宙中遍佈着一種希格斯玻色子，它可以賦予粒子質量，通過的方法就是給粒子減速。也就是說，起初所有的粒子傳播的速度都應該是光速，但是絕大多數的粒子都被希格斯粒子給減速了，並獲得了質量。只有光子沒有被減速，因此光子還保持着光速。因此，光的傳播速度是光速，它並不需要動力。這同時也解釋了爲什麼物質、信息、能量傳遞的速度不可能超過光速。當然，科學家只是做出了理論假設，凡事都要講求證據。

後來，LHC大型粒子對撞機找到了希格斯玻色子存在的證據，提出理論預言的科學家還因此獲得了諾貝爾物理學獎，希格斯玻色子的理論才成爲了科學家的主流理論，被科學家們所認可。

總結

光子之所以可以達到光速是因爲粒子在靜止質量爲0時傳播速度就是光速，只是大多數的粒子由於被希格斯玻色子減速從而獲得質量，所以大多數粒子並非光速，而光子並沒有被希格斯玻色子減速，因此，可以保持光速。