为什么光子不让我们玩(为什么光子不受控于希格斯场)

为什么光子不受控于希格斯场

因为质量是通过与希格斯场的汤川相互作用而获得的，按照规范场的思想光子粒子本来应该都是无质量的；所以光子不受希格斯场的影响，希格斯场是以物理学家彼得希格斯姓氏为名；其是一种假定遍布于全宇宙的量子场，按照标准模型的希格斯机制某些基本粒子因为与希格斯场之间相互作用而获得质量。

希格斯玻色子是希格斯场的振动，假若能够寻找到希格斯玻色子则可以明确地证实希格斯场也存在于宇宙就好像从观察海面的波浪可以推论出大海的存在；连带地也可确认希格斯机制与标准模型基本无误。

光子是怎么达到光速的？它们的动力从何而来？

在已知的基本粒子中，光子显得很特别，因为它们总是会以光速前进，而这种速度也是人类目前所发现的物质运动速度的极限。那么问题就来了，光子是怎么达到光速的？它们的动力从何而来呢？下面我们就来聊一下这个话题。

在19世纪之前，人们普遍认为光其实就是一种电磁波，它只有波动性，然而这种理论却解释不了一种特殊的现象——光电效应。顾名思义，所谓的光电效应就是指光产生电的一种现象，其原理就是某些物质内部的电子在吸收了光线中的能量之后逸出，然后就产生了电流。

根据经典电磁理论，光的能量取决于光的强度，并且还可以叠加，也就是说，如果光线足够强，又或者光照时间足够长，那么物质内部的电子就肯定可以吸收到足够的能量，进而产生光电效应。然而实际情况却并非如此，科学家发现，在频率不足的情况下，不管光线有多强、光照时间有多长，光电效应都不会发生。

科学家为此困扰了很长一段时间，直到1905年，爱因斯坦才对其进行了合理的解释，他认为光的能量并不是连续的，而是可以细分成一份一份的，每一份能量就是一个光子，其能量大小可用公式“E = hv”来描述（其中h为普朗克常量，v则代表光的频率）。

爱因斯坦指出，光子是光的最小单位，它是具有粒子性的，由于光子的能量只与光的频率有关，而电子每一次只能吸收一个光子的能量，因此在光的频率不足时，电子就始终无法得到足以让它逸出的能量，光电效应自然也就无法产生了。

爱因斯坦的理论随后通过了科学家的验证，他也因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖，从此之后，人们知道了光子同时具有波动性和粒子性（即波粒二象性），因此我们有必要分别从波动性和粒子性来展开讨论。

从波动性的角度来讲是比较简单的，因为光子可以看作是量子化的电磁波，而在我们的宇宙中，电磁波的传播是不需要动力的，而根据麦克斯韦电磁场方程组，变化的电场会在空间中激发出磁场，而变化的磁场又会在空间中激发出电场，如此交替进行，就产生了电磁波，因为电磁场的建立速度是光速，所以电磁波的传播速度也是光速。

从粒子性的角度来讲就要稍微复杂一点了，我们先来看一张图。

上图为包括了所有已知基本粒子的粒子物理标准模型，其右上角的“希格斯玻色子”就是大名鼎鼎的“上帝粒子”，而之所以会有这种称号，是因为“希格斯玻色子”是“希格斯场”的场量子化激发，而后者则在宇宙中无处不在，凡是可以与其发生耦合作用的基本粒子都会被赋予静止质量。

然而光子却不会与“希格斯场”发生耦合作用，所以光子就没有静止质量，换句话来说就是，光子的静止质量为零。

根据狭义相对论，如果一个静止质量为零的基本粒子的运动速度低于光速，那么它的能量就为零。很明显，光子的能量是不可能为零的（实际上，能量为零的基本粒子在宇宙中根本就不可能存在），据此我们可以得出，由于光子的静止质量为零，所以它们就只能以光速运动。

值得一提的是，粒子物理标准模型中的“胶子”也不会与“希格斯场”发生耦合作用，其静止质量也为零，因此它们也只能以光速运动，除此之外，科学家们假想中的“引力子”也是属于这种基本粒子。

综上所述，无论是从波动性的角度还是从粒子性的角度来讲，我们都可以得出一个结论，即光子一旦产生，其速度就是恒定的光速，并没有什么“达到光速”的加速过程，而由于在光子的传播过程中是不需要动力来进行驱动的，所以也就谈不上“动力从何而来”了。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

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光子为什么能达到光速，而且必须达到光速？为何其他粒子就不行？

爱因斯坦的狭义相对论告诉我们，光速是宇宙中的速度极限，只有静质量为零的微观粒子（比如光子，还有胶子）才能以光速飞行，而且必须以光速飞行，其他基本粒子都达不到光速，为何会这样？

这需要从粒子标准模型说起。

爱因斯坦创建了狭义相对论，然后量子力学也被科学家提出来，接下来科学家又完成了一个重要工程：用量子场论统一了狭义相对论和量子力学，于是粒子标准模型呼之欲出。

之所以会创建粒子标准模型，主要是为了规范越来越多的微观粒子。在科学家研究微观世界的时候，用大型粒子对撞机轰击出了越来越多的微观粒子。这时候问题就出现了：该如何把这些粒子进行很好的分类呢？

于是科学家朝着粒子标准模型的方向努力了。

这个模型看起来比较复杂，这里就挑重点说，可以这样简单通俗地理解。

宇宙万物都有由基本的微观粒子组成，而微观粒子可以分为两种：费米子和玻色子。

费米子和玻色子有什么区别？简单讲，费米子就是不可再分的基本粒子，根据泡利不相容原理，两个费米子不能处于同一能级（有点排斥的味道），由此就产生了电子简并压和中子简并压。

而玻色子就像是胶水一样，在费米子之间传递各种基本作用力，把不同的费米子组成各种物质。

比如说，夸克电子都是费米子，光子胶子还有引力子等都是玻色子。电磁力就是通过光子来传递的，电子和原子核通过光子传递电磁力形成原子，而夸克通过胶子传递强力形成了中子质子。

回到正题，那么以上这么多和光子以及光速有什么关系呢？

关系很大。标准粒子模型看起来很简洁完美，但还是有一个问题没有解决：费米子的质量到底从哪里来的呢？

著名物理学家希格斯提出了希格斯场的概念，认为希格斯场充满了宇宙每个角落，而希格斯场的扰动就形成了希格斯玻色子，也被称为“上帝粒子”，正是希格斯玻色子赋予了基本粒子质量。

如何赋予质量的呢？

简单说，希格斯玻色子可以让基本粒子在运动中发生减速，由此获得了质量。说白了，如果没有希格斯玻色子，基本粒子（比如说电子，夸克等）也可以而且必须以光速飞行，但正是由于希格斯玻色子的存在，基本粒子（费米子）的运动就受到了阻拦，就体现出了质量。

科学家花了很长时间寻找希格斯玻色子，终于在大型粒子对撞机中找到了，而希格斯本人也因此获得了诺贝尔物理学奖。

所有费米子都会被希格斯玻色子赋予质量，但光子（还有胶子）并不会，它的飞行并不受希格斯玻色子的影响，也就是说，光子不会和希格斯玻色子发生作用，自然也就没有了质量。

因此，光子可以毫无阻拦地在宇宙中飞行，在飞行过程中不会有任何加速，一出生就是光速，而且必须是光速！