深度長文：光速達每秒30萬公里，靠什麼動力達到這麼快的速度？

先說答案：光子並不需要任何動力，因爲它一出生就以光速飛行，並且沒有任何加速過程。

爲什麼會這樣？

因爲光子沒有靜質量，或者說光子的靜質量必須是零。毫不誇張地講，如今的物理學大廈就是建立在“光子靜質量爲零”的基礎上，如果光子的靜質量不爲零，意味着現代物理學大廈將轟然倒塌，所有的物理學理論幾乎都會被推翻，比如說麥克斯韋方程組，庫侖定律等等。

雖然光子沒有靜質量，但光子有動質量。根據愛因斯坦提出的質能方程E=MC平方，還有光子能量計算公式E=hv，可以計算出光子的靜質量。這裡的h爲普朗克常數，v代表電磁波的頻率，c爲光速。

計算出來的光子的動質量很小，大約只有10的-50次方千克量級。隨着現代測量儀器精度的不斷提升，來自我國的華中科技大學教授率領自己的團隊，測量出光子質量的上限，大約爲10的-48次方千克。

有人可能會問，光子的靜質量爲什麼是零？你可以理解爲這就是一個假設，或者說是公理，是符合觀測和實驗結果的，而且至今都沒有被證僞。

下面具體講述一下光子的“一生”。

按照麥克斯韋電磁理論，光屬於電磁波，同時光子是電磁波的傳播媒介，也就是說電磁波依靠光子來傳遞能量。

而電磁波的範圍是很廣的，平時我們所講的光通常是指可見光，而可見光只是電磁波譜中非常狹窄的一小部分，波長大約在380到760納米之間。

而電磁波譜包含很多波段的電磁波，除了可見光之外，還有無線電波，微波，紅外線，紫外線，X射線和伽馬射線等，這些波段的波長最長可以達到上千米，最短只有幾皮米。

而我們通常所見的可見光波長介於紅外線與紫外線之間。

那麼，光子到底是如何產生的呢？主要有兩種方式。

第一，通過正反物質的湮滅。比如說電子與正電子相遇會發生湮滅，然後轉換爲純能量，以光子的形式向外輻射。

第二，電子躍遷。當電子從高能級躍遷到低能級時，就會釋放出光子。低能級，就是所謂的基態，而高能級就是激發態。而基態是最穩定的狀態，因此，電子在吸收外部能量躍遷到高能級之後，通常會自發地發生躍遷，釋放出光子然後躍遷到低能級，也就是基態。

第一種方式在我們現實中並不常見，通常只會出現在實驗室中，科學家們可以通過大型粒子對撞機制造出少量反物質。現實中我們接收到的光，基本上都是通過電子躍遷釋放出來的。

實際上，我們的宇宙裡充滿了光，當然不是狹義上的可見光，而是包含所有波段的電磁波。這些光會死亡嗎？

並不會，它們一直存在。當光子被物體吸收之後，就消失了。但消失的光子並沒有真正死去，當環境發生變化之後，光子還會釋放出來。

剛纔也講了，電子總是有躍遷到基態的趨勢，在躍遷的過程中就會釋放出光子。光子不僅會讓電子發生躍遷，還會與其他物質進行能量交換，變成各種形式的能量，比如說動能，在這個過程中讓物體升溫。

實際上，光子本身也就是一種能量，與其他能量的交換也太正常不過了。

光子就是如此特殊，由於它沒有靜質量，所以一出生就以光速飛行，而且必須以光速飛行。其他任何具有靜質量的物體，不管質量多小，都不可能以光速飛行。

具有靜質量的物體，速度越大，繼續加速的話就需要越大的能量。而所有的能量實際上都會轉換爲物體的質量，意味着物體的質量會越來越大，如果想繼續加速的話就需要更多的能量。當物體的速度無限接近光速時，動質量趨於無限大，想要再加速就需要無窮多的能量，整個宇宙的能量都不夠用，顯然這是不可能的。

物體的速度與質量之間的關係實際上就是著名的質增公式，也是愛因斯坦狹義相對論中非常重要的公式之一。公式中的m爲動質量，小寫m0爲靜質量。

由於光子沒有靜質量，所以它不需要任何能量就能以光速飛行，而且瞬間達到光速。剛纔講了，光本身就是能量，不同頻率的光，能量大小也是不同的。頻率越高，能量就越大，波長越短。

光速每秒30萬公里，指的是光在真空中的速度。在不同的介質中，光的速度是不一樣的，比如說在水裡，光的速度只有真空中速度的四分之三左右。

我們經常見到的物質形態有三種：氣態，液態和固態，第四種形態等離子態並不太常見，太陽核心就是等離子態。實際上物質還有第五種形態，那就是玻色-愛因斯坦凝聚態，它是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度所呈現出的一種氣態的、超流性的物質狀態。

玻色-愛因斯坦凝聚態是一種相當奇特的物質狀態，在這種狀態下，物質會呈現超流體和超導性質。更不可思議的是，連光子似乎也被凍結了。

比如說，在1999年，丹麥物理學家曾經做過實驗，在極低的溫度下，非常接近絕對零度，利用超流體將一束光的速度成功降至每秒17米，遠遠低於真空中每秒30萬公里的速度。

理論上分析，如果溫度達到絕對零度，那麼光子就會達到絕對靜止的狀態。更嚴謹來講，絕對零度下，光會消失。實際上不僅僅是光，萬物都會消失。而現有大自然法則下，是不可能達到絕對零度的，那是一個無法逾越的鴻溝，就像光速那樣，只能無限接近，但無論如何都達不到。

實際上，對於“光速”的理解，很多人有一種慣性思維，認爲光速就是指“光的速度”，上面對光速的分析其實也是在分析光的速度。

實際上光速嚴格來講並不是指“光的速度”，而是信息傳播的速度，或者說因果律的速度，只是光子的速度也正好是光速，所以人們一開始就用默認光速就是光子的速度，而作爲普通吃瓜羣衆來講，也自然會默認光速就是指光的速度。

其實能以光速飛行的絕不只有光子，還有膠子，引力波等，任何靜質量爲零的物體速度都是光速，同時信息的傳遞速度也是光速。

而所謂的光速限制，嚴格來講是因果律的速度限制，往深了講就是四維時空下的速度限制。說白了，光速以及光速限制是四維時空的固有屬性，我們可以認爲光子的傳遞是需要介質的，只是這個介質並不是普通物質，而是四維時空本身。

實際上這也是爲什麼“光速不變”的原因所在，因爲光子的參照物是四維時空本身，與其他任何物質都沒有關係。

完！