光的速度高达30万公里/秒,它前进的动力是什么?
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发布时间：2022-05-29 20:16
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时间：2023-11-20 03:20
光无处不在，它们承载着物体的信息在空间中传播。当我们接收到光，就能知道光携带的信息，从而看到发出或者反射出这些光的物体。我们不仅仅研究光的来源，也会研究光本身，人类对于光的研究由来已久。
光速的研究
很早之前，人类就试图去测量光的速度。但由于光速太快了，快到人们认为是无限的。随着观测和实验的进步，天文学家罗默最早测出了光速，首次确定光速是有限的。此后，实验精度变得越来越高，光速也测得越来越准，其大小约为30万公里/秒。
在爱因斯坦创立相对论之后，人们才进一步知道，光速真的非常快，因为这个速度是宇宙中的局域速度上限，没有任何速度能够超过它。而且光速还十分特殊，光只能以光速传播。更为特别的是，无论是哪个参照系中的观测者，所测得的光速都是完全相等的。
基于相对论的光速不变原理以及人类对光速的高精度测量，物理学家决定在没有对目前物理量大小产生可测影响的情况下，把光速的大小定义为299792458米/秒。这样，人类再也不用为精确测量光速而苦恼，而且还能解决用于定义米的米原器存在误差的问题。
无论是电子跃迁，还是核聚变、核裂变反应，或者是正反物质湮灭，这些过程都会产生光。一旦光产生之后，它们的速度就会瞬间达到光速，而且始终会以这个速度传播。如果光没有被物质吸收，它们不会在宇宙中消散掉，而且速度始终保持光速。例如，宇宙在138亿年前产生的第一批光子如今还在，它们还以光速在宇宙中穿行。
那么，光是怎么达到光速？光又是如何保持光速？驱使光前进的动力是什么？
光的粒子性
如果从光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，既然光子的静质量为零，它们的速度只能是光速。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，它们的速度就会直接达到光速，没有从零到光速的加速过程。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传播下去。
光的波动性
另一方面，如果从光的波动性来解释，光的本质是电磁波。麦克斯韦电磁场方程组表明，电和磁在本质上是统一的，变化的电场会激发出磁场，变化的磁场又会激发出电场，如此反复，就产生了电磁波。
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。虽然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。
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