任何光的光速都是完全一样的吗？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-05-06 23:07 标签： 光的全反射现象

好想知道为什么这么多人踩我的回答

——————————原回答

事实上我们谈光速不是很准确，这涉及到什么是光。我们在物理上讨论的其实是信息的传播（物质的相互作用）速度有没有上限，也就是是否存在超距作用。目前人类的所有实验都没有发现过超距作用，因而我们相信世界上是有一个信息传播速度极限的。

数学上这样的一种系统成庞加莱对称。数学上我们可以证明，庞加莱对称系统中速度上限是守恒的。对于所有惯性参考系，速度上限都是完全一样的。我们用c来代表这个最高速度。

庞加莱群中生成元 P对应的不变量，四维动量 满足质能方程： ，或者用大家更熟悉的写法 。当动量为零，也就是静止时，质能方程就变成了满大街都印了的那种。

由自由粒子的拉格朗日方程可知

当粒子的质量为0的时候， ，所以 。意思就是说，如果信息的传播存在一个最高值，那么这个最高值在所有惯性系中都是一样的，而所有没有质量的粒子都必然以最高速度运动。而光子就是这样一种没有质量的粒子。因为光速是很容易测的，所以我们就叫这个最高速“光速”。而我们测到的光速是有限值的，这又印证了信息存在最高传播速度的假设

庞加莱对称还有另外一层意义。如果世界上不存在一个最高速度，那物理定律会满足伽利略群对称，在这种情况下物理定律随坐标系的移动速度变化，也就是说世界上存在一种绝对静止坐标系，会区别于其他惯性系。以太思想就是基于这种假设。这个假设被迈克尔逊干涉实验否决了。这是速度有极限的另一个佐证。

光速的很多性质与我们日常生活所见所闻“格格不入”，毕竟我们只是生活在一个低速世界，而光速世界与我们的低速世界有很大不同。

比如说，光速本身，光子不需要“达到”光速，因为它一生下来就是光速，没有任何加速时间。但在我们现实世界，见到的任何物体都会有一个加速过程。

为何光子如此特殊？如何豪横？

首先，我们可以用爱因斯坦的狭义相对论中的质增公式去理解，这个公式是：

公式中m为物体的动质量，m0为静质量。如果一个物体以光速飞行，也即使V等于C，那么公式中的分母就等于零，公式失去了意义。不过，在高等数学中，“不定型极限”诠释了这种理念：分母为零时，只要分子也为零，公式同样有意义。

所以，如果质增公式中物体的速度为光速时，分子m0也必须为零，m0就是物体的静质量。

光的静质量也确实为零，它不需要任何加速过程就能达到光速，而且必须以光速飞行，否则这个世界就乱了套。

那么，为何光子的静质量为零，其他粒子比如说电子，质子等静质量不为零呢？

这里需要明白质量的本质，也就是：质量到底是如何产生的？

科学家耗费了几十年才揭开了质量的本质。这需要从粒子标准模型说起。

在标准模型中，世界上的粒子可分为两种：玻色子和费米子。玻色子就好像是胶水（传递各种基本力）把费米子粘结起来形成基本物质。而费米子就是最基本的粒子，比如说夸克就是玻色子，光子就是玻色子（光子传递电磁力）。

根据标准模型理论，粒子本应该都没有质量的。不过科学家通过计算发现一个惊人事实：一个物体的质量99%都是通过基本粒子之间的相互作用获取的，基本粒子只构成了物体1%的质量。

举个例子，假设原子的质量是100，那么原子核和电子的质量总和其实只要1，其余的99都是原子核与电子，质子与中子，以夸克与夸克之间的相互作用，这些相互作用其实就是能量，而能量与质量是等价的。

那么基本粒子是如何获得质量的呢？

答案在于“希格斯玻色子”，它赋予了粒子质量，也被称为“上帝粒子”。

如何赋予粒子能量呢？通俗地讲，希格斯玻色子可以让粒子减速从而获得质量。换句话说，如果没有希格斯玻色子的“阻拦”，基本粒子本应该以光速飞行。而科学家也真的在大型粒子对撞机实验中发现了希格斯玻色子，希格斯本人也因此获得了诺贝尔奖。

而光子非常特殊，它不会被希格斯玻色子“阻拦”，天生就是光速飞行，静质量为零。

换一种思维方式来理解光速。

其实从物理学角度来讲，光速并不是指光的速度，光速是宇宙时空的一个固有的内在秉性，不仅仅光子的速度是光速，引力波和信息的传递速度也是光速。光速只与真空本身有关，与真空中的介电常数和磁导率有关：

其中μ0为真空磁导率，εo为真空介电常数。

我们通常认为的“光速就是光的速度”其实是不严谨的，或者说是一种“狭义”观点，因为毕竟光是最常见的物质，我们也会习惯认为光速指的就是光的速度。

总之，光速是由时空结构来决定的，时空会告诉物质该如何运动，物质的运动也会影响到时空。

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