光为何能瞬间达到每秒30万公里的速度？光的动力是什么

光应该是宇宙中最为常见也是最神秘的存在了，一开始大部分人都认为光是瞬时作用的，没有速度的概念，无论传播到多远的距离都不需要消耗时间。这也很符合我们的认知，因为只要光一出现瞬间就可以填满黑暗。爱因斯坦提出了光电效应，认为光的能量形式也是“一份份”的，也就是量子形式。从此光又有了新的描述性叫光量子，简称为光子。

光子从一诞生开始就以光速在运行，光子的静止质量为零，光子只要不被吸收就永远停不下来，而且光子的寿命几乎是无限长的。从牛顿力学三定律我们可以了解到，宇宙中的物体在不受力的状态下可以保持静止或者匀速直线运动的两种性。

光子移动抽象图

如果想要改变一个物体的运动状态让它加速运动或者减速运动，那么必须要给他提供力的支持。有力才会加速，速度才会变化这个道理是非常浅显易懂。比如你开车的时候想跑得快一点那就需要狠踩油门，这样车的速度就会提升，这个过程就涉及到了能量转换问题。油通过一系列的操作最终转化为车的动能。车的速度也是有限的，最终能量因为地面的阻力都消耗掉了。

爱因斯坦研究发现他认为光是宇宙中最快的速度，任何有静止质量的物体速度都永远达不到不到光速，理论上只能无限接近于光速。爱因斯坦曾做过这样的思维实验，火车如果不断的给他加煤加燃料，火车的速度就会不断提升，但理论上只能加速到无限接近于光速。从狭义相对论的支撑效应来看，高速运动的物体质量会不断地提升，当物体达到光速的50%质量就会提升15%，当达到99%的光速时，质量就会提升至700%，这样就导致想把质量更大的物体以提升至光速，那么需要的能量就会更大，最后的结果就是，静止质量的物体永远都打不到光速。

但光子比较特殊，并没有静止的质量，因此也不属于物质。根据量子力学来说仅仅是“一份份”的能量，只要一经产生它的速度就会达到30万公里每秒，并不能无缘无故的消失，只能被其他粒子所吸收。

爱因斯坦

我们理解光子的是速度，其实可以把光速看成是光子的特有属性。就像一个人拥有质量一样，这是一出生就确定下来的。

目前已知的四大基本作用力，引力，电磁力，强力和弱力。量子力学可以从基本粒子交换的模型来解释电磁力，强力和弱力。但引力粒子目前并没有被发现，对引力最好的解释就是爱因斯坦的广义相对论。按照规范场论来说，所有基本粒子的质量都应该为零，但实际上并非如此，科学家提出了希格斯场来解释这些基本粒子的质量问题。当粒子运动过程中通过希格斯场就会和它发生相互作用，从而粒子的速度减小，使粒子获得质量。

但是光子通过希格斯场却是不同的机制，光子并不会被减速，也不会被赋予质量。光子的性质质量为零，30万公里每秒的就是是光子的固有特性。

希格斯场模拟图

爱因斯坦认为宇宙中有静止质量的物体都不能达到光速，只能无限接近于光速。同时信息的最快传递速度也只能为光速。至于经常被大家所提起的宇宙膨胀速度超过光速的都不违反爱因斯坦对于光速的解释。需要说明的是，光在介质中传播速度比真空中慢，原因是光和介质中的粒子，其是电子发生相互作用使光传播的光程长了。所以宏观现象就是光的传播速度变慢，但本质上光子的速度并未减慢。

那么，光是怎样达到光速？光又是如何保持光速的？驱使光子前进的动力又是什么？

如果从光子的粒子性角度来解释，光是由无静止质量的光子组成。根据狭义相对论，光子的质量为零，它们的制度只能是光速。根据粒子物理标准模型的希格斯机制，没有静质量的光子在穿过遍布宇宙的希格斯场时，光子不会发生耦合作用，所以它们不会获得静质量，速度也不会从光速降下来。光子一旦被制造出来，他们的速度就会直接达到光速。光子的传播不需要能量来驱动，如果没有被物质或者黑洞吸收，它们始终会以光速在真空中无限现在传播下去。

彼得·希格斯

另一方面，如果从光的波动性来解释，光的本质只是电磁波，麦克斯韦电磁场方程组表明，电和磁在本质上是统一的，变化的电场又会激发磁场，变化的磁场又会激发电场，如此反复就产生电磁波。

由于电磁场以光速建立起来，所以电磁波会以光速传播，电磁场的产生和存在没有借助于介质，所以光可以在真空中以光速传播。随着空间结构的持续膨胀，在空间中传播的光会出现红移，但它们不会完全消失在宇宙中。

只能说光子一生下来就是光速，这或许是大自然的一种规律，就好比万有引一样。