光是如何达到光速的？
如果要问宇宙中有什么是绝对的？
那么在众多的答案当中，“光速在真空的传播速度是物质、信息、能量的最快传播速度”很可能是最佳的答案。那么问题来了，光速为什么是物质、信息、能量传递的最快速度？光的动力来自于哪里？为什么光可以直接达到光速呢？
相对论
要了解这个问题，我们首先要从相对论说起。话说在1905年，爱因斯坦提出了著名的狭义相对论。在这个理论中，爱因斯坦破天荒地以“光速不变原理”和“相对性原理”作为基础构建起了一座全新的物理学大厦。而通过光速不变原理，我们可以推导出物质、信息、能量的极限速度是光速。
爱因斯坦的这个理论刚提出时，并没有引起很大的反响，只有学术圈里的几个人感觉爱因斯坦是水平不错的科学家，但是他们并不认同爱因斯坦的理论，其中最具代表性的人物就是量子力学的奠基人： 普朗克 。
这些科学家之所以无法接受爱因斯坦的理论，是因为这个理论实在是太颠覆三观了。不过，随着后来各种实验对相对论的验证，使得相对论越来越被科学界所接受，爱因斯坦也逐渐开始名声大噪，直至被公认为20世纪最伟大的科学家。
可是爱因斯坦的相对论只是告诉我们，光速是信息、物质、能量传递的最快速度，但却没有告诉我们为什么会是这样，这好像是冥冥之中注定的一样的，就好像是宇宙中最底层的属性。那后来科学家们搞明白这个问题了吗？
量子力学
如今流传着一句话“遇事不决，量子力学”。虽然这句话多少有点嘲讽的意味，但是量子力学本质上就是一种解释自然现象的思维方式。为什么这么说呢？
我们都知道，科学起源于2000多年前的古希腊。古希腊哲学家在思考“万物的本原”时，就提出了两条路径，一条路径是研究万物之所以成为万物的原因和规律，后来这条路径被称为形而上学；另一条路径是研究构成万物的最小单位，从微观的角度来解决这个问题，这条路径也被称为 自然哲学 ，后来演化成了如今的科学。由于科学的叫法是在19世纪初才有的，而牛顿生活在17，18世纪，因此，他的著作才会叫做《自然哲学的数学原理》。
而量子力学走的就是后一条路径，从微观的角度来解释万物运转的规律。光速这件事就可以用量子力学的角度来解释，那具体是如何解释的呢？
这就需要我们对微观世界有一定的了解。20世纪中期，科学家利用对撞机撬开了微观世界的大门，获取到了许多微观世界的物理学现象。结果他们大吃一惊，因为他们发现了好多的粒子，如何给这些粒子分类就成了当时科学家极其头疼的问题。
最终，科学家结合量子力学和狭义相对论，弄出了一套粒子物理标准模型。在这套理论中，构成万物的是 基本粒子 ，基本粒子分为两类，一类是 费米子 （费米子又分为夸克和轻子），一类是 玻色子 。
费米子可以粗暴地理解成为把物质切到最碎时的“颗粒”，无法再继续切下去了，它们的存在使得物质都具有一定的体积；而玻色子则是把这些“颗粒”连接起来的基本粒子，它们依靠的是传递相互作用，起到了胶水的作用。我们举个例子，就拿人体中所需要的氧气来说。
首先，3个夸克（一种费米子）通过胶子（一种玻色子）传递的强相互作用结合形成了质子和中子。
而质子和中子通过介质（也就是一种玻色子）传递的核力结合形成了原子核，而原子核和电子（也是一种费米子）通过虚光子（一种玻色子）传递的电磁相互作用结合形成了氧原子，氧原子直接通过化学键（本质上也是电磁相互作用）结合形成了氧分子，一堆氧分子聚到一起也就是氧气了。
可能你要问了，说了这么多和光速有什么关系呢？
科学家发现这套理论有一个硬伤，如果那就是粒子的质量从哪来。科学家通过计算发现，传递物质99%的质量来自于传递强相互作用的能量（通过质能等价理论可以等价于相对应的质量）。那剩余的1%呢？
为了解决这个问题，科学家假设了宇宙中遍布着一种希格斯玻色子，它可以赋予粒子质量，通过的方法就是给粒子减速。也就是说，起初所有的粒子传播的速度都应该是光速，但是绝大多数的粒子都被希格斯粒子给减速了，并获得了质量。只有光子没有被减速，因此光子还保持着光速。因此，光的传播速度是光速，它并不需要动力。这同时也解释了为什么物质、信息、能量传递的速度不可能超过光速。当然，科学家只是做出了理论假设，凡事都要讲求证据。
后来，LHC大型粒子对撞机找到了希格斯玻色子存在的证据，提出理论预言的科学家还因此获得了诺贝尔物理学奖，希格斯玻色子的理论才成为了科学家的主流理论，被科学家们所认可。
总结
光子之所以可以达到光速是因为粒子在静止质量为0时传播速度就是光速，只是大多数的粒子由于被希格斯玻色子减速从而获得质量，所以大多数粒子并非光速，而光子并没有被希格斯玻色子减速，因此，可以保持光速。
“达到”这个词，让人感觉有一个加速的过程，从零逐渐增加，最后到光速。但是 光不会“达到”光速，因为光的速度永远不会低于光速 （这里说的是真空中，在介质里光速会降低，变成真空光速除以这种介质的折射率）。当然，也不会高于光速。
光的速度就是一个定值，——光速，大约每秒30万公里。这就是为什么“光速”是一个自然界的基本常数，而“你的速度”或者“一辆 汽车 的速度”不是自然界的基本常数，因为这些速度是可变的，而光速不变。
为什么你日常见到的物体速度会改变，会从零逐渐变化，而光却不会？因为这是狭义相对论决定的。
狭义相对论里，每一个物体都有一个“ 静质量 ”m0，就是它在静止时的质量，然后，当它运动起来时，质量会发生变化，——这是完全超越日常经验的，但却经过了无数实验证实！变成什么呢？
当速度为v时，“ 动质量 ” m = m0 / sqrt(1 - v^2/c^2) ，这里sqrt表示“开根号”，^2表示“平方”，c是光速。
当v很小时，v^2/c^2接近于0，1 - v^2/c^2接近于1，sqrt(1 - v^2/c^2)也接近于1，m接近于m0，也就是说，动质量跟静质量没有多少差别。多小算“很小”呢？你要考虑到光速是30万公里每秒，我们日常所见的速度跟它相比都差了好几个数量级。比如高铁列车，假设在以360公里每小时的运行（比最近要恢复的350还高一点），就是0.1公里每秒（一小时是3600秒），这个v只是c的300万分之一！在这个速度下，质量的变化只有几万亿分之一的量级，无法察觉。即使是以第一宇宙速度环绕地球的卫星，速度也不过是7.9公里每秒，虽然比高铁快多了，跟光速相比还是可以忽略不计。
但是当v接近光速时，动质量跟静质量的差别就显示出来了。例如v = c/2，这时你会算出m = 2/sqrt(3) m0 = 1.155 m0。如果v = 0.9 c，就有m = 2.294 m0。而如果v = 0.99 c呢？这时m = 7.089 m0。 随着速度接近光速，动质量迅速地增大。
如果速度达到光速了，会怎么样呢？这个公式告诉你，动质量会变成无穷大。
但这实际上是不可能发生的事情！因为质量越大，要再加速，需要外界给它的能量就越多。到接近光速的时候，你给它天文数字的能量，也只能让它的速度增加一点点，仍然达不到光速。而你能提供的能量总是有限的。
因此， 如果一个物体的静质量不为零，你就永远不可能把它加速到光速 。
但是，还有另一种情况。如果一个物体的静质量为零呢？这时你会发现，如果它的速度低于光速，动质量就必然是0，因为m0 / sqrt(1 - v^2/c^2)这个分式中，分子为零，分母不为零。但这又是不可能发生的事。因为按照相对论的质能关系，E = m c^2，能量等于动质量乘以光速的平方，如果动质量为零，这个物体的能量就是零了，它怎么可能既在运动又能量为零呢？
所以，唯一合理的情况，就是这个物体的静质量为零，但动质量不为零。这种情况怎么可能出现？只能要求m0 / sqrt(1 - v^2/c^2)这个分式的分子分母都等于0，也就是说，v只能等于c。
因此， 静质量为零的物体，只能以光速运动，速度不可能降到光速以下 。
光是什么样的物体？就是这种静质量为零、动质量不为零、只能以光速运动的物体。
光能够达到光速并不是因为它需要动力，而是因为在宇宙中，凡是静止质量为0的东西都可以达到光速，而光子恰好就是静止质量为零。那为什么静止质量为0就可以达到光速呢？这其实和量子力学的理论模型有关。具体原因我们还得从理论物理学的发展说起。
如果要给科学史上的理论物理学家做一个排名，可能不同的人给出的答案会是完全不同的。不过，有两位大神肯定会被大家排到最前列，这两个人就是牛顿和爱因斯坦。牛顿代表的是经典物理学，而爱因斯坦则代表的是现代科学，爱因斯坦以及他所在时代的科学家更像革新者，革了经典物理学的地基，建立了现代物理学的两大支柱： 相对论 和 量子力学 。
其中，相对论几乎是爱因斯坦一个人做出来的。相对论被分为 狭义相对论 和 广义相对论 。在狭义相对论中，爱因斯坦以 光速不变原理 和 相对性原理 为基本假设建构出来的。
我们通过光速不变原理进行推导，就可以得到 光速是信息、物质和能量传播的最快速度， 它们都无法超越这个光速（3*10^8m/s）。这个看法起初很多科学家都无法接受，狭义相对论诞生后很久才逐渐在实验中被验证，被开始被接受。很多人都会有一个疑问：为什么光速是宇宙中物质、信息、能量的极限速度，而不是其他的速度？还有光是如何一下子达到光速的？它的动力之源到底是什么？
标准模型关于这个问题，与爱因斯坦同一时代的物理学家就在研究，前前后后上百位杰出的物理学家先是创立了量子力学，紧接着结合狭义相对论和量子力学推导出了量子场论，进而得到到了 粒子物理标准模型 。
之所以需要这样一个理论，很大原因是实验惹的祸。上世纪初有一个叫做卢瑟福的科学家通过简单的“α粒子”轰击（撞）金箔，就让他了解到原子模型，并开启了研究核物理的先河。
后来的科学家照葫芦画瓢开始用粒子"对撞”来获得微观世界的物理学现象。这一“撞”，撞出了上百种粒子，那这些粒子改如何安排的明明白白呢？
物理学家就搞出了一套标准模型，在这套标准模型中就把这些粒子都安排明白了。这套模型实际上很复杂，不过我们可以简单粗暴地来说一下。
话说在古希腊时代，就已经有哲学家在思考这个宇宙到底是咋来的了？
他们当时提供了两个思考这个问题的方向，一 个是研究万物的本源，一个是研究万物之所以是万物背后的规律。 前者最后最终逐渐演化成研究万物最小的构成单位，并且在德谟克利特和亚里士多德时代达到了高峰，不过他们还停留在哲学思辨的层次，并没有和微观的物理学现象相结合。
而标准模型则弥补了这个空白，是基于微观世界的物理学现象构建起来模型。在这个模型当中，有两种构成这个世界的粒子，一种叫做 费米子 ，一种叫做 玻色子 。费米子就好比是把万物切到最小剩下的粒子，费米子不能处于同一个量子态，因此，它们的存在使得物质具有体积的属性。而玻色子就好比是胶水（通过传递相互作用来实现），把费米子粘黏起来形成物质。
这么说可能太抽象了，我们来举个例子，夸克就是费米子，而胶子就是规范玻色子，三个夸克通过胶子传递的强相互作用就可以构成质子或者中子。
而质子和中子可以通过介子传递的强相互作用来构成原子核，原子核和电子之间是依靠光子传递的相互作用来构成原子。这里没有提到的弱相互作用则是用来维持原子核的稳定性的。有了原子，通过原子之间的电磁力，就可以构成费分子，分子再构成物质。所以，费米子和规范玻色子实际上就是古希腊先哲心目中的万物本源，它们共同构成了这个世界。
质量之源说了这么多，你可能要问了，那这和光速有什么关系呢？
这个理论看似完美，但是却存在着一个致命的问题： 粒子的质量从哪来？
根据这个理论，粒子都应该是不具有质量的。可是，科学家通过计算就发现，物质的质量99%来自于强互相作用，却还有剩余的1%不知去向。
为了解决这个问题，几位科学家提出了著名的希格斯机制。他们认为宇宙中还存在着一种标量玻色子： 希格斯玻色子 。它们可以赋予粒子质量，那它们是如何赋予粒子质量的呢？
它们可以让粒子减速，以此让粒子获得质量。也就是说，如果没有任何阻拦，粒子本身就应该是以光速传播，但是有一部分粒子被希格斯玻色子“拦着”，以至于速度被拖慢，并且获得了质量。
万万没想到的是，科学家的这个理论猜想后来还真的被大型粒子对撞机的实验所验证，其中2位物理学家在2012年还因为提出希格斯机制而获得了诺贝尔奖。
但并不是所有的粒子都会被“拖慢”，光子就不会，所以它具有的速度就是粒子本该有的速度：光速。光子不是慢慢加速到光速的，而是它天生就是光速，也因此它的静止质量为零。
