基本粒子有很多，為何隻有光子的速度達到光速，其他粒子達不到?
牛頓與愛因斯坦：現代科學的雙塔
科學巨擘的光輝
在科學史的長河中，理論物理學界的巨擘們猶如群星璀璨，若要對他們進行排名，衆說紛纭。然而，牛頓和愛因斯坦無疑是公認的翹楚。牛頓代表了古典力學的輝煌，而愛因斯坦則是現代科學的開創者，與他同時代的科學家們如同改革者，推翻了古典力學的基礎，建立了現代科學的兩大支柱：相對論與量子力學。
相對論的誕生
相對論幾乎可以視為愛因斯坦個人的獨創。相對論分為狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論以光速不變和相對性原理為基礎，提出光速是信息、物質及能量傳遞的極限速度，任何物體都無法超越這一速度。這一觀點最初讓許多科學家難以接受，但在長時間的實驗驗證後，逐漸獲得了學界的認可。
量子力學的興起
面對光速為何是極限速度的疑問，與愛因斯坦同時代的物理學家們展開了深入探索。他們首先構建了量子力學，随後結合狹義相對論與量子力學，推演出量子場論，并進一步發展出粒子物理的标準模型。這一理論的必要性源于實驗科學的挑戰，如20世紀初盧瑟福通過“α粒子”散射實驗揭示了原子的模型，開啟了原子核物理研究的大門。
标準模型的構建
随着粒子對撞實驗的推進，科學家們發現了上百種粒子，如何有序地分類這些粒子成為一個緊迫的問題。為了解決這一難題，物理學家們提出了标準模型。該模型将粒子分為兩種基本類型：費米子和玻色子。費米子被視為物質的最小單位，不能共享同一量子态，賦予物質體積；玻色子則像“膠水”，通過傳遞相互作用将費米子黏合為物質。
費米子與玻色子的實例
例如，誇克是費米子，膠子是玻色子，三個誇克通過膠子傳遞的強相互作用形成質子或中子。質子和中子再通過介子傳遞的強相互作用形成原子核，原子核與電子之間通過光子傳遞的電磁相互作用形成原子。原子通過電磁力進一步結合成分子，構成物質。因此，費米子與規範玻色子共同塑造了我們的世界。
粒子質量的來源
盡管标準模型看似完美，但它存在一個緻命缺陷：粒子的質量從何而來？根據理論，粒子應該是無質量的。然而，科學家發現，物質的質量99%源自強相互作用，剩餘的1%則下落不明。為了解答這一問題，科學家提出了希格斯機制，認為宇宙中存在一種标量玻色子——希格斯玻色子，它們賦予粒子質量。
希格斯機制的驗證
希格斯玻色子通過減慢粒子的速度使其獲得質量。在無阻礙的情況下，粒子應以光速傳播，但部分粒子被希格斯玻色子“攔截”，速度降低并獲得質量。令人驚訝的是，這一理論假設在大型粒子對撞機的實驗中得到了證實，兩位物理學家因此在2012年榮獲諾貝爾獎。
光子的特殊性
并非所有粒子都會被“減速”，例如光子就不會。因此，光子的速度即為粒子原本的速度：光速。光子不是逐漸加速至光速的，而是天生就是光速，其靜止質量為零。
總之，牛頓和愛因斯坦的貢獻不僅奠定了現代科學的基礎，也為我們理解宇宙的奧秘提供了重要的理論框架。
我來說兩句