為什麼只有光子能達到光速？其他粒子為什麼無法達到光速？

如果要給科學史上的理論物理學家做一個排名，可能不同的人給出的答案會是完全不同的。不過，有兩位大神肯定會被大家排到最前列，這兩個人就是牛頓和愛因斯坦。牛頓代表的是經典物理學，而愛因斯坦則代表的是現代科學，愛因斯坦以及他所在時代的科學家更像革新者，革了經典物理學的地基，建立了現代物理學的兩大支柱：相對論和量子力學。

其中，相對論幾乎是愛因斯坦一個人做出來的。相對論被分為狹義相對論和廣義相對論。在狹義相對論中，愛因斯坦以光速不變原理和相對性原理為基本假設建構出來的。

我們通過光速不變原理進行推導，就可以得到光速是信息、物質和能量傳播得最快速度，它們都無法超越這個光速（3*10^8m/s）。這個看法起初很多科學家都無法接受，狹義相對論誕生後很久才逐漸在實驗中被驗證，被開始被接受。很多人都會有一個疑問：為什麼光速是宇宙中物質、信息、能量的極限速度，而不是其他的速度？還有光是如何一下子達到光速的？它的動力之源到底是什麼？

標準模型

關於這個問題，與愛因斯坦同一時代的物理學家就在研究，前前後後上百位傑出的物理學家先是創立了量子力學，緊接着結合狹義相對論和量子力學推導出了量子場論，進而得到到了粒子物理標準模型。

之所以需要這樣一個理論，很大原因是實驗惹的禍。上世紀初有一個叫做盧瑟福的科學家通過簡單的“α粒子”轟擊（撞）金箔，就讓他了解到原子模型，並開啓了研究核物理的先河。

後來的科學家照葫蘆畫瓢開始用粒子\'對撞”來獲得微觀世界的物理學現象。這一“撞”，撞出了上百種粒子，那這些粒子改如何安排得明明白白呢？

物理學家就搞出了一套標準模型，在這套標準模型中就把這些粒子都安排明白了。這套模型實際上很複雜，不過我們可以簡單粗暴地來説一下。

話説在古希臘時代，就已經有哲學家在思考這個宇宙到底是咋來的了？

他們當時提供了兩個思考這個問題的方向，一個是研究萬物的本源，一個是研究萬物之所以是萬物背後的規律。前者最後最終逐漸演化成研究萬物最小的構成單位，並且在德謨克利特和亞里士多德時代達到了高峯，不過他們還停留在哲學思辨的層次，並沒有和微觀的物理學現象相結合。

而標準模型則彌補了這個空白，是基於微觀世界的物理學現象構建起來模型。在這個模型當中，有兩種構成這個世界的粒子，一種叫做費米子，一種叫做玻色子。費米子就好比是把萬物切到最小剩下的粒子，費米子不能處於同一個量子態，因此，它們的存在使得物質具有體積的屬性。而玻色子就好比是膠水（通過傳遞相互作用來實現），把費米子粘黏起來形成物質。

這麼説可能太抽象了，我們來舉個例子，夸克就是費米子，而膠子就是規範玻色子，三個夸克通過膠子傳遞的強相互作用就可以構成質子或者中子。

而質子和中子可以通過介子傳遞的強相互作用來構成原子核，原子核和電子之間是依靠光子傳遞的相互作用來構成原子。這裏沒有提到的弱相互作用則是用來維持原子核的穩定性的。有了原子，通過原子之間的電磁力，就可以構成費分子，分子再構成物質。所以，費米子和規範玻色子實際上就是古希臘先哲心目中的萬物本源，它們共同構成了這個世界。

質量之源

説了這麼多，你可能要問了，那這和光速有什麼關係呢？

這個理論看似完美，但是卻存在着一個致命的問題：粒子的質量從哪來？

根據這個理論，粒子都應該是不具有質量的。可是，科學家通過計算就發現，物質的質量99%來自於強互相作用，卻還有剩餘的1%不知去向。

為了解決這個問題，幾位科學家提出了著名的希格斯機制。他們認為宇宙中還存在着一種標量玻色子：希格斯玻色子。它們可以賦予粒子質量，那它們是如何賦予粒子質量的呢？

它們可以讓粒子減速，以此讓粒子獲得質量。也就是説，如果沒有任何阻攔，粒子本身就應該是以光速傳播，但是有一部分粒子被希格斯玻色子“攔着”，以至於速度被拖慢，並且獲得了質量。

萬萬沒想到的是，科學家的這個理論猜想後來還真的被大型粒子對撞機的實驗所驗證，其中2位物理學家在2012年還因為提出希格斯機制而獲得了諾貝爾獎。

但並不是所有的粒子都會被“拖慢”，光子就不會，所以它具有的速度就是粒子本該有的速度：光速。光子不是慢慢加速到光速的，而是它天生就是光速，也因此它的靜止質量為零。