從牛頓力學(xué)三定律我們可以了解到,宇宙中的物體在不受力的狀態(tài)下可以保持靜止或者勻速直線運(yùn)動(dòng)這兩種狀態(tài),如果要想改變一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),讓它加速運(yùn)動(dòng)或者減速運(yùn)動(dòng),那么必須要給他提供力的支持,有力才有加速度,速度才會(huì)變化。
這個(gè)道理非常的淺顯易懂,當(dāng)你開車的時(shí)候想好跑得快一點(diǎn),那就需要狠踩油門才行,這樣車的速度就會(huì)提升。這個(gè)過程就涉及到了能量轉(zhuǎn)化問題,“石油”的化學(xué)能通過一系列的操作最終轉(zhuǎn)化為車的動(dòng)能,但是車的速度是有極限的,最終能量因?yàn)榈孛娴淖枇Χ枷牡袅恕?/p>
那么真空中近似30萬公里每秒的光速,它的動(dòng)力是什么?為什么會(huì)有如此高的速度?
愛因斯坦研究發(fā)現(xiàn),他認(rèn)為光是宇宙中最快的速度,任何有靜止質(zhì)量的物體速度永遠(yuǎn)都達(dá)不到光速,理論上只能無限接近于光速。愛因斯坦曾做過這樣的思維實(shí)驗(yàn),他想著當(dāng)時(shí)的交通工具火車,如果不斷的給它加煤、加燃料,火車的速度就會(huì)不斷的提升,但理論上只能加速到無限接近于光速。
從狹義相對論的質(zhì)增效應(yīng)來看,高速運(yùn)動(dòng)的物體質(zhì)量會(huì)不斷地提升,當(dāng)物體達(dá)到光速百分之50%,質(zhì)量會(huì)提升15%,當(dāng)達(dá)到99%光速,質(zhì)量提升700%。這樣就導(dǎo)致要想把質(zhì)量更大的物體提升速度,那么需要的能量就會(huì)更大,最后的結(jié)果就是有靜止質(zhì)量的物體永遠(yuǎn)都達(dá)不到光速。
但是光子比較特殊,并沒有靜止質(zhì)量,因此也不屬于物質(zhì),根據(jù)量子力學(xué)來說僅僅是一份份的能量。只要一經(jīng)產(chǎn)生,它的速度就是30萬公里每秒,并不能無緣無故的消失,只能被其它例子所吸收。我們理解光子的速度,其實(shí)可以把光速看成是光子的特有屬性,就像是一個(gè)人擁有質(zhì)量一樣,這是在一出生就確定下來的。
目前已知有四大基本作用力引力、電磁力、強(qiáng)力和弱力,一直以來科學(xué)家都在致力于這四大基本作用力的統(tǒng)一詮釋問題上。目前量子力學(xué)可以從基本粒子交換的模型來解釋電磁力、強(qiáng)力和弱力,但是引力子目前并沒有被發(fā)現(xiàn),對引力最好的解釋是愛因斯坦的廣義相對論。
按照規(guī)范場論來說,所有基本粒子的質(zhì)量都應(yīng)該為零,但實(shí)際上并非如此,科學(xué)家提出了希格斯場來解釋這些基本粒子的質(zhì)量問題。當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)過程中通過希格斯場,就會(huì)和它發(fā)生相互作用,從而粒子的速度減小,使粒子獲得質(zhì)量。
但是光子通過希格斯場卻是不同的機(jī)制,光子并不會(huì)被減速,也不會(huì)被賦予質(zhì)量,光子的靜止質(zhì)量為零,30萬公里每秒的速度就是光子的固有屬性。
愛因斯坦認(rèn)為宇宙中有靜止質(zhì)量的物體都不能達(dá)到光速,只能無限接近于光速。同時(shí)信息的最快傳遞速度也只能為光速,至于經(jīng)常被大家所提及到的宇宙膨脹超光速、量子糾纏超光速、量子隧穿超光速都不違反愛因斯坦對于光速的解釋。