作光速運動的粒子的靜止質量為零的重要原因

思考過程

對於這個問題，應從愛因斯坦的應用數學公式（即質速公式和質能公式，其本質是在用數學知識進行量化分析）分析和理想現實世界中的物理本質（狹義物理模型，即宇宙自然界的物理模型）倆方面進行全面解答。

應用數學公式輔助分析

當外力對真空慣性系(當觀察者在該參考系中看到理論上不受外力或所受合外力為零的物體時，它們處於靜止或勻速直線運動狀態，即符合牛頓第一定律或慣性定律的參考系。事實證明，以銀河系的中心為坐標原點並固定於其中的參考系是很好的慣性系，以太陽中心為原點並固定於其中的參考系是較好的慣性系。通常採用固定於地球中心或地面的參考係為慣性系，由於忽略了地球自轉和公轉的影響，使運算和測量精度略低)中的任一物質(即宏觀物體或微觀粒子)從靜止開始加速，使其速度最終在光速面前不可忽略時，根據愛因斯坦的相對論質速公式可知，其運動質量m=m0/√(1-ⅴ^2/c^2) 不再近似等於靜止質量m0( 指對於此類物質，選取一個與它相對靜止的慣性參照系後，測出來的質量，而運動質量指該物質相對於這個慣性系運動後，或從相對於該慣性系運動的其它慣性系中，測出來的質量），顯然，如果包括粒子在內的任何物質的靜止質量m0>0，不說其速度能否達到真空中的光速c，單是當v→c-(物質運動速度無限接近光速)時，其質量(物質的量度)會趨於無窮大，這樣只會消耗無窮大的能量(一定量的物質的時空分布可能發生的變化程度的量度，簡稱做功的本領)為它做功加速，根本就辦不到。因此，對於以光速運動的任何粒子，其靜止質量m0=0恆成立。

需要注意的是，至少在我們的宇宙中，物質超過光速也不現實，因為上面已說到當v→c-時，其質量會趨於無窮大，消耗的能量也會趨於無窮大，其原因就在於質能公式Ek=Δmc^2。即當任何物體的速度增大時，說明存在外力對它做正功，把能量源源不斷地輸送給了它，而根據該公式可知，這些能量全部轉化成了物質增加的這部分動能Δmc^2，最終轉變成物質增加的這部分質量Δm，即愛因斯坦所說的「質量就是能量，能量就是質量」，這才會導致其速度在接近光速時增加得越來越慢，最後幾乎不再增加，能量幾乎全部轉化成物質的質量，即至少在我們身處的宇宙範圍內，沒有任何物質的速度會超過光速。

這就是愛因斯坦所說的「任何物質的速度都不可能超過光速」(即任何物質相對於所在空間的速度不能超過真空中的光速，但這與空間本身是否膨脹無關，只要運動物質所在的空間發生膨脹，其合成速度也可超過光速，我們最熟悉的實例就是:受到宇宙膨脹速度影響，距離地球140多億光年之外的天體運動速度已超過光速)的根本原因。

當然，對於這類粒子，它們並不令我們感到深奧，如生活中無處不見的光子，它就沒有靜止質量，因為當電場或磁場隨時間周期性變化時，可產生具有波粒二象性的電磁波，同時生成以光速運動的光子，否則，光子就會隨著電磁波的消失而消失。

理想現實世界中的物理本質

對於上述應用數學結論，即能夠作光速運動的粒子，要麼消失，要麼就只能以光速運動的方式在宇宙中誕生。

再根據愛因斯坦的著名的質能公式E=Δmc^2可知，任何物體或微粒一旦發生質量變化，損失(或增加)的質量Δm和釋放(或獲得)的能量E都存在這種確定的關係，這說明質量是內斂的、凝結的，通過近距離接觸或測量就能感知的特殊能量的總和，每份特殊能量即我們所熟悉的能量子(或量子)，而能量(包括各種場)是外顯的、鬆散的，可遠距離直接感知的(如太陽能)或通過測量感知的特殊質量的總和，每份特殊質量就是每份特殊能量，即愛因斯坦所說的:「質量就是能量，能量就是質量。」這條真理就暗示了：能量能夠生成宇宙中的任何物質(包括各種場和目前尚無法觀測的暗物質)，且已生成的任何物質都可以消亡，全部轉化為能量，畢竟萬事萬物都有產生、發展和消亡的過程。否則，我們身處的宇宙就是永恆存在的，其年齡應為無窮大，但這與宇宙100多億歲(由於在2019年9月，德國科學家在《科學》雜誌撰文稱，他們計算出的宇宙年齡為114億歲，比目前主流觀點認為的138億歲左右年輕20多億歲，所以其保守年齡應為100多億歲)的有限年齡矛盾。

因此，不管大爆炸宇宙論(現代宇宙學主流觀點，認為當今宇宙是由一個體積極小、溫度極高、時空彎曲程度無限大、密度和內部壓力極大的奇點爆炸後不斷膨脹形成的)是否正確，至少在我們身處的宇宙及其周邊區域，任何物質都不可能憑空產生，只能是由能量生成的！

可見，即便是宇宙中的任何真空，也並非空無一物，它們由各種虛粒子(能在極短的時間內因能量起伏而生成，又因能量很快恢復而消失的微粒，如虛質子、虛光子等，它們就像從未出現過一樣，較難探測到，但它們與實物微粒具有相似的性質)構成，即這些真空也是充滿負能量(低於真空在絕對零度時的能量)的一類量子空間，也即狄拉克之海。

由此可知，至少在我們身處的宇宙中，如同人類因受到身體素質和所處自然環境的制約，奔跑時速度不可能無限制增加，都有極限速度一樣，任何物質都有一個極限速度——真空中的光速。而任何以光速運動的粒子，也可以看作以光速運動的一種能量，該速度正是宇宙能量子(簡稱量子，至少在我們身處的宇宙中，不排除存在暗能量子的可能性)相對於宇宙中真空的極限速度，這正是由宇宙中真空環境和能量子的共同內稟屬性造成的。

相關話題拓展

由於至少在我們身處的宇宙周邊不遠區域內，是由能量場充斥的空間，且在該空間內，至少生成了有限個外宇宙，其中就有天文學上所說的存在平行作用力或平行能量(與我們所處的靠萬有引力凝聚在一起的星球宇宙的萬有引力相對立的核心力——強相互作用力、弱相互作用力、電磁相互作用力中的至少一種力乃至包括對稱基本作用力和與它們存在非線性函數關係的基本作用力在內的其它未知的基本作用力，或與我們所熟悉的宇宙能量相對稱和不對稱的其它能量)的平行宇宙，即在我們身處的宇宙之外，並非空無一物，至少還有我們有所耳聞的平行世界。在那些地方，就存在遵循「物體吸收的熱量可以全部用於對外做功」「物體溫度可達到絕對零度」「時光倒流」「光在真空中的傳播速度可超過30萬公裡/秒」等與我們身處的宇宙所遵循的規律相悖的運動規律，且存在隨著時空、物質等客觀條件的變化而變化的規律，好比「今年作光速運動的物質的靜止質量等於零，明年又大於零」。甚至還有其它運動規律，如「物質是絕對靜止和相對運動的統一體」「一部分物質僅有引力，另一部分物質僅有斥力」……所以，所有的這些規律的總和，才是最廣大世界所擁有的自然規律！即廣義自然界的「精心安排」！這才合乎辯證法規律，即符合自然規律的全面性和完整性。否則，自然界憑什麼讓我們身處的宇宙中的物質遵循能量守恆定律、真空中光速接近30萬公裡/秒等規律，而不是部分外宇宙所遵循的能量不守恆定律、真空中光速超過30萬公裡/秒等規律？其本質就是一種廣義自然界的必然巧合，我們的宇宙與外宇宙中的無窮多個世界中的無窮多個這類巧合，就組成了最廣大世界的必然，它正是符合自然規律的全面性和完整性的必然！即哲學上所說的:必然性必須通過大量的偶然性表現出來，為自己開闢道路，沒有脫離偶然性的純粹必然性；偶然性是必然性的表現形式和必要補充，偶然性背後隱藏著必然性並受到其制約，沒有脫離必然性的純粹偶然性；必然性和偶然性在一定條件下可相互轉化。