光子怎樣達到光速

光子無須「動力」催動，它一出生就是光速。

因為光子沒有靜止質量，也就是其靜止質量必須嚴格為零。現代很多最重要的物理理論都是建立在這樣一個假設上的，比如庫倫定律的平方反比定律、麥克斯韋方程組和電磁場的拉格朗日量等，如果光子靜止質量不為零，這些理論都將被推倒，而以這些理論為基礎的幾乎所有現代物理學和量子力學理論就要重建。

愛因斯坦根據質能方程E=MC^2和光量子能量公式，粗略推導出光子動質量上限，其表達式為：m=hv/c^2。式中，m代表光子動質量上限，h為普朗克常量，v代表任意電磁波頻率，c為光速。

根據這個公式，可計算出光子動質量上限約為5.74x10^-50kg。中國武漢華中科技大學教授羅俊領導科研團隊，進行了一個「用精密扭秤檢驗光子靜止質量的上限」的研究，得出新的光子質量上限為10^-48kg的成果，這個成果得到世界科學界的承認，在過去光量子質量上限基礎上提升了2個數量級。

但這些這只是對光子動質量的研究，而靜質量嚴格為零的假設迄今沒有人能夠證偽，因此光子靜質量為零的假設依然是科學界奉行的禁區和槓槓。

光子的出生和死亡。

首先我們要記住，光子是電磁波傳遞的媒介，也可以說電磁波就是光波。因此不要把光理解為單純我們人眼可見的光，可見光只是電磁波譜裡面一個很窄的頻段，波長約在380nm~760nm之間，頻率約在380~750THz範圍；而整個電磁波譜頻段還包括無線電波、紅外線、紫外線、X射線、γ射線，這些都是光的形式，波長涵蓋千米級到皮米級，頻率涵蓋幾個Hz到數萬億億Hz，只不過是肉眼不可見的光而已。

光子的產生過程是微觀世界的運動，有兩個方式：一是正反粒子湮滅，會發出耀眼的光芒，這就是產生了光子；二是電子吸收能量後會發生躍遷，從低能態到激發態，為了達到穩定狀態，會回到基態，就會發出一個光子。

不管是核聚變還是火光、燈光，所有的光子都是這樣發出來的，這些看得見看不見的光，組成了我們充滿宇宙的電磁波。那麼這些光子會死亡嗎？如果說它們消失了就是死亡，這種死亡每天都在發生，我們看到陽光曬到大地上，就不見了，這就是死了。但它們沒有真正地死去，而是被吸收轉化了。

電子吸收光子發生能量躍遷，原來的光子就沒有了，但電子為了穩定要回到基態，就會釋放一個光子，這樣新的光子又產生了；光子還會與物質發生能量交換，變成分子的動能，從而產生溫度，這可以理解為光子被物質吃掉了，轉化出能量。

光子為什麼一出生就具有光速？

這是光子的基本特性，它就是這個脾氣。任何有質量的物體要運動都要消耗能量，速度越大所消耗的能量就需要越大，這些能量加在物質上，物質就獲得了更大的動質量。速度越快所需能量越大，動質量就會越大，因此凡有質量的物體，運動速度就會受到限制，無法達到光速，一個電子也不例外。

這是因為物質運動受到質速關係的限制，質速關係公式表達為：M=m/√[1-（v/c）^2]

其中M為物質的運動質量，m為物質的靜質量，v為運動速度，c為光速。根據這個公式我們可以得出，當有靜止力量的物體速度趨近光速時，其動質量會趨於無限大。何謂無限？就是整個宇宙質能也不是無限的，一個電子達到比宇宙總質能還要大的動量，這就是一個悖論。

而光子由於沒有靜質量的，因此其運動速度無需能量就能夠達到，不受能量大小左右。但能量大小可以讓光子以波長和頻率的形式反映出來，能量越大，波長越短，頻率越高。所以光子一出生，就是光速，無須「動力」和所謂「瞬間加速」。

當然光速常量每秒約30萬千米，是指在真空中的速度，不同介質中，光速是不一樣的，如光在冰中的速度為2.30×10^8m/s，水中的速度為2.25×10^8m/s，酒精中的速度為2.2×10^8m/s，玻璃中的速度為2.0×10^8m/s等。

光子運動速度也可以慢下來。

除了上述在不同介質中，可以讓光速變慢，還有一種讓光子運動慢下來的方法，就是冷凍。一般的冷凍當然不行，在宇宙空間只有不到3K，也就是-270℃以下，光速依舊保持其精確的常量，也就是299792458m/s。

但科學家們在實驗室製造了比這低很多的溫度，已經無限接近絕對零度了。如科學家們在國際空間站製造出-273.149999999999℃的溫度，距離絕對零度-273.15℃只差0.000000000001℃，也就是億分之一K。

在這種特別低溫下，物質呈現出一種特異狀態，也就是波色~愛因斯坦凝聚態。這是愛因斯坦的預言之一，又被證實了。這種物質形態被稱為除了氣態、液態、固態、等離子態，物質的第五態。這種狀態下物質呈現出超流體和超導性質，電阻神奇消失了，而光在這種環境中也似乎被凍得走不動了。

1999年，丹麥物理學家萊娜領導的一個團隊，成功利用超流體將一束光的速度降低到17m/s，到了2001年，她已經能夠將一束光完全凍結。

這就是光速的一些奇妙特性，與大家一起分享。