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光有质量为什么能达到光速(为什么达到光速时间会停止)

来源:原点资讯(m.360kss.com)时间:2022-11-24 02:24:27作者:YD166手机阅读>>

爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,光速是宇宙中的速度极限,只有静质量为零的微观粒子(比如光子,还有胶子)才能以光速飞行,而且必须以光速飞行,其他基本粒子都达不到光速,为何会这样?

这需要从粒子标准模型说起。

光有质量为什么能达到光速,为什么达到光速时间会停止(1)

爱因斯坦创建了狭义相对论,然后量子力学也被科学家提出来,接下来科学家又完成了一个重要工程:用量子场论统一了狭义相对论和量子力学,于是粒子标准模型呼之欲出。

之所以会创建粒子标准模型,主要是为了规范越来越多的微观粒子。在科学家研究微观世界的时候,用大型粒子对撞机轰击出了越来越多的微观粒子。这时候问题就出现了:该如何把这些粒子进行很好的分类呢?

于是科学家朝着粒子标准模型的方向努力了。

这个模型看起来比较复杂,这里就挑重点说,可以这样简单通俗地理解。

光有质量为什么能达到光速,为什么达到光速时间会停止(2)

宇宙万物都有由基本的微观粒子组成,而微观粒子可以分为两种:费米子和玻色子。

费米子和玻色子有什么区别?简单讲,费米子就是不可再分的基本粒子,根据泡利不相容原理,两个费米子不能处于同一能级(有点排斥的味道),由此就产生了电子简并压和中子简并压。

光有质量为什么能达到光速,为什么达到光速时间会停止(3)

而玻色子就像是胶水一样,在费米子之间传递各种基本作用力,把不同的费米子组成各种物质。

比如说,夸克电子都是费米子,光子胶子还有引力子等都是玻色子。电磁力就是通过光子来传递的,电子和原子核通过光子传递电磁力形成原子,而夸克通过胶子传递强力形成了中子质子。

光有质量为什么能达到光速,为什么达到光速时间会停止(4)

回到正题,那么以上这么多和光子以及光速有什么关系呢?

关系很大。标准粒子模型看起来很简洁完美,但还是有一个问题没有解决:费米子的质量到底从哪里来的呢?

著名物理学家希格斯提出了希格斯场的概念,认为希格斯场充满了宇宙每个角落,而希格斯场的扰动就形成了希格斯玻色子,也被称为“上帝粒子”,正是希格斯玻色子赋予了基本粒子质量。

光有质量为什么能达到光速,为什么达到光速时间会停止(5)

如何赋予质量的呢?

简单说,希格斯玻色子可以让基本粒子在运动中发生减速,由此获得了质量。说白了,如果没有希格斯玻色子,基本粒子(比如说电子,夸克等)也可以而且必须以光速飞行,但正是由于希格斯玻色子的存在,基本粒子(费米子)的运动就受到了阻拦,就体现出了质量。

科学家花了很长时间寻找希格斯玻色子,终于在大型粒子对撞机中找到了,而希格斯本人也因此获得了诺贝尔物理学奖。

所有费米子都会被希格斯玻色子赋予质量,但光子(还有胶子)并不会,它的飞行并不受希格斯玻色子的影响,也就是说,光子不会和希格斯玻色子发生作用,自然也就没有了质量。

光有质量为什么能达到光速,为什么达到光速时间会停止(6)

因此,光子可以毫无阻拦地在宇宙中飞行,在飞行过程中不会有任何加速,一出生就是光速,而且必须是光速!

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