光是如何达到光速的？
如今，人类可以轻易地得到光速的准确数值：299792458m/s。
从 历史 记载来看，恩培多克勒就是第一个说出光速有限的人，他全然地相信，光是运动的，所以也就需要运行时间。 到达光速后究竟会看到什么呢？ 这个问题小时候的爱因斯坦也很喜欢思考，从理论上来看，我们了解到超光速可以让人看到过去。
假如说1秒前的那段画面被光反射到宇宙中，如果说你的移动速度够快，并且超过了这个反射光的速度，那就代表着你能在这个反射光还没到达的时候，提前来到它将要到达的那个位置，等它跑过来的时候你就能看到它了，虽说那个时候你的时间是现在没错，但是你看到的景象的确是一秒前发生的。但事实是，有质量的物体就无法达到光速。听到这句话，你可能反手就发出一个问号，按你这么说的话， 光又是如何达到光速的？
先不说别的，我们来聊聊那么理解能量激发物质？比方说燃烧的时候，它也激发了周围的物质，而我们肉眼观察到的只是表象，人类这个时候会将它称为光，你可能知道光从月球传播到地球需要1.3秒，但也要知道，你观测不观测，光子都存在。
光子这个小家伙其实就是没电的电子，它的质量微乎其微，电子在原子里跑的速度也是光速，它将能量传给原子的时候，电子得到能量后就会逃逸成光子，这个时候，光子的速度不会保持不变，因为能量减弱之际它就会被吸收从而消失。既然我们知道光子是受到激发的量子，那就意味着我们能做很多事，这就像我们平时用的扇子或是电风扇的叶片转动，它们可以产生风；当宏观物质快速震荡的时候，它就能形成引力波；而当微观的电子由高能态跃迁回基态，这个时候我们可以激发单个的空间量子，由此产生光子。
至于光子为何能远距离传播，这很好理解，其实就是因为光子的体积很小，使得它与空间量子的碰撞几率相对较低。总的来说就是，光的本质是粒子，它运动的动力来自外界对光子的激发，光速最大及其所具有的不变性，就是因为光子的质量和体积是最小的。科学家们还发现，光子没有静质量，因此得出它的运动速度无需能量就能够达到，且不受能量大小左右，但是能量大小却可以让光子以波长和频率的形式反映出来，并且是能量越大，波长越短，频率还越高，所以也能说，光子一出生就是光速，它自带的光环使得它无须“动力”和所谓的“瞬间加速”。
从19世纪的双缝实验来看，相信很多人都知道了，光不仅是一种具体的粒子，同时还带有电磁波的根本属性，也就使得光子彼此之间会互相干涉，所以我们初中物理课本里，将其称为光的“波粒二象性”，意思是说，光不仅是由光子构成的，它是粒子，同时也是“光波”。
得益于它的存在，人类做了哪些事？可以说人类 探索 太空和我们周边的世界，无论是窥探地底还是深海，亦或是寻找细菌、病毒、原子以及基本粒子等微观世界，都要借助光（电磁波），没有光，人类也就无法辨识这个世界。光子是电磁波传递的媒介，也能说电磁波就是光波，所以千万不要把光单纯地理解为是我们人眼可见的光。要知道，可见光只是电磁波谱里一个很窄的频段，从整个电磁波谱频段来看，它还包括肉眼不可见的光。
光速则决定着宇宙的基本秩序，光究竟是“何方神圣”这个问题，假如有一天人类真的证明出光子的具体来源，那么，这个人肯定能拿下一个诺贝尔奖，我们知道宇宙中，最神奇的力量莫过于“光”，光的存在，让人们生存，光还给予了植物们光合作用，让它们绿意盎然。你应该知道世界万物都离不开阳光，动物和人类没有阳光也就无法生存。 关于宇宙的本体是什么？ 简单来说也就是， 宇宙之前是什么这个问题？
比较令人信服的应该就是“宇宙大爆炸”理论了。该理论认为，在距今离人类十分遥远的138亿年，也就是宇宙之前的物质其实是从一个奇点中爆炸产生的，这个奇点爆炸后，在一段时间里，形成了宇宙和物质，科学家也认为，在宇宙形成的早期过程里，宇宙处于高温的状态，它以迅雷不及掩耳之势的速度发展下去，留下了在科学界被称为是“辉光”的物质，这种说法绝不是凭空捏造。因为不出所料的是，科学家们后来利用了轨道探测器这种精密的设备，准确地测量出了宇宙微波背存在的可能性，这对于大爆炸理论的正确性而言，无疑给出了一个事实性的依据。
大家注意了，我们计算光速其实只是为了衡量假设人类所在的位置是宇宙的奇点大爆炸前的位置上，别忘了，光可以跑到最远的时空范围，但是人类根本没办法证明我们有没有可能是宇宙的中心，而且光也不是我们想象中的能无限传播的模样，而在光都来不及到达的地方，是不是也会有更加广阔的宇宙呢？
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。
“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。
