基本粒子中，为什么只有光子能达到光速？其他粒子无法达到光速？

如果要给科学史上的理论物理学家做一个排名，可能不同的人给出的答案会是完全不同的。不过，有两位大神肯定会被大家排到最前列，这两个人就是牛顿和爱因斯坦。牛顿代表的是经典物理学，而爱因斯坦则代表的是现代科学，爱因斯坦以及他所在时代的科学家更像革新者，革了经典物理学的地基，建立了现代物理学的两大支柱：相对论和量子力学。

其中，相对论几乎是爱因斯坦一个人做出来的。相对论被分为狭义相对论和广义相对论。在狭义相对论中，爱因斯坦以光速不变原理和相对性原理为基本假设建构出来的。

我们通过光速不变原理进行推导，就可以得到光速是信息、物质和能量传播的最快速度，它们都无法超越这个光速（3*10^8m/s）。这个看法起初很多科学家都无法接受，狭义相对论诞生后很久才逐渐在实验中被验证，被开始被接受。很多人都会有一个疑问：为什么光速是宇宙中物质、信息、能量的极限速度，而不是其他的速度？还有光是如何一下子达到光速的？它的动力之源到底是什么？

标准模型

关于这个问题，与爱因斯坦同一时代的物理学家就在研究，前前后后上百位杰出的物理学家先是创立了量子力学，紧接着结合狭义相对论和量子力学推导出了量子场论，进而得到到了粒子物理标准模型。

之所以需要这样一个理论，很大原因是实验惹的祸。上世纪初有一个叫做卢瑟福的科学家通过简单的“α粒子”轰击（撞）金箔，就让他了解到原子模型，并开启了研究核物理的先河。

后来的科学家照葫芦画瓢开始用粒子"对撞”来获得微观世界的物理学现象。这一“撞”，撞出了上百种粒子，那这些粒子该如何安排的明明白白呢？

物理学家就搞出了一套标准模型，在这套标准模型中就把这些粒子都安排明白了。这套模型实际上很复杂，不过我们可以简单粗暴地来说一下。

话说在古希腊时代，就已经有哲学家在思考这个宇宙到底是咋来的了？

他们当时提供了两个思考这个问题的方向，一个是研究万物的本源，一个是研究万物之所以是万物背后的规律。前者最后最终逐渐演化成研究万物最小的构成单位，并且在德谟克利特和亚里士多德时代达到了高峰，不过他们还停留在哲学思辨的层次，并没有和微观的物理学现象相结合。

而标准模型则弥补了这个空白，是基于微观世界的物理学现象构建起来模型。在这个模型当中，有两种构成这个世界的粒子，一种叫做费米子，一种叫做玻色子。费米子就好比是把万物切到最小剩下的粒子，费米子不能处于同一个量子态，因此，它们的存在使得物质具有体积的属性。而玻色子就好比是胶水（通过传递相互作用来实现），把费米子粘黏起来形成物质。

这么说可能太抽象了，我们来举个例子，夸克就是费米子，而胶子就是规范玻色子，三个夸克通过胶子传递的强相互作用就可以构成质子或者中子。

而质子和中子可以通过介子传递的强相互作用来构成原子核，原子核和电子之间是依靠光子传递的相互作用来构成原子。这里没有提到的弱相互作用则是用来维持原子核的稳定性的。有了原子，通过原子之间的电磁力，就可以构成分子，分子再构成物质。所以，费米子和规范玻色子实际上就是古希腊先哲心目中的万物本源，它们共同构成了这个世界。

质量之源

说了这么多，你可能要问了，那这和光速有什么关系呢？

这个理论看似完美，但是却存在着一个致命的问题：粒子的质量从哪来？

根据这个理论，粒子都应该是不具有质量的。可是，科学家通过计算就发现，物质的质量99%来自于强互相作用，却还有剩余的1%不知去向。

为了解决这个问题，几位科学家提出了著名的希格斯机制。他们认为宇宙中还存在着一种标量玻色子：希格斯玻色子。它们可以赋予粒子质量，那它们是如何赋予粒子质量的呢？

它们可以让粒子减速，以此让粒子获得质量。也就是说，如果没有任何阻拦，粒子本身就应该是以光速传播，但是有一部分粒子被希格斯玻色子“拦着”，以至于速度被拖慢，并且获得了质量。

万万没想到的是，科学家的这个理论猜想后来还真的被大型粒子对撞机的实验所验证，其中2位物理学家在2012年还因为提出希格斯机制而获得了诺贝尔奖。

但并不是所有的粒子都会被“拖慢”，光子就不会，所以它具有的速度就是粒子本该有的速度：光速。光子不是慢慢加速到光速的，而是它天生就是光速，也因此它的静止质量为零。

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