光子怎樣誕生，如何達到光速，到底有沒有質(zhì)量？

常常有人對光速很疑惑：速度那么快，是如何達到的呢？是慢慢越來越快，還是突然就那么快呢？今天我們來討論一下這個問題，看看是不是能讓大家明白。

光速是光子運動的本子屬性。

上世紀初葉，愛因斯坦就認識到光速是宇宙中物質(zhì)運動的最快速度，并且以此為基礎(chǔ)，創(chuàng)立了狹義相對論和廣義相對論。因此真空光速是狹義相對論最重要的前提，沒有這個前提，就沒有狹義相對論；廣義相對論是在狹義相對論基礎(chǔ)上對宇宙更深入的理解，其基礎(chǔ)是引力場論，即有關(guān)引力導致時空彎曲的理論，光速依然是最重要的常量。

開始對光速以及有光速引導出來的相對論，很多人不理解也不相信，后來無數(shù)的觀測事實和實驗試驗驗證了愛因斯坦理論的精確性，科學家們信了，世界上越來越多的人相信了，從此狹義相對論和廣義相對論成為現(xiàn)代物理學的基石之一，另一塊基石是量子力學。

但是到了今天，還有許多人質(zhì)疑光速和相對論。比如光為什么能夠有這么高的速度呢？它是如何達到的呢？這是很多人都想弄清楚的問題，覺得不弄清楚這個，似乎光速就依然是個謎。

其實這個問題異常簡單，答案就是一句話：光速是光子本身的基本屬性。要在進一步解釋的話，就是光線是由一堆光子組成，是由光子組成的能量流，而光速是光子的本子屬性，它一出生，就是這個速度，不需要“達到”。

那么光子為什么一出生就是這個速度呢？

這是因為光子沒有靜止質(zhì)量，因此它就靜不下來。這個世界上凡沒有靜止質(zhì)量的物質(zhì)，運動速度都是真空光速，比如引力波速度也是光速。真空光速的準確值為c=299792458m/s（米/秒）。這個速度可不是瞎子估水一擔兩桶猜出來的，而是經(jīng)過科學家三百多年前赴后繼的測量得出的，后來為了得到一個整數(shù)值，又通過國際度量衡大會，修改了米的定義，將米（m）的長度定義為光在真空中運動1/299792458s的長度，這樣真空光速和米的尺度就相互印證，更為精準了。

光子沒有靜質(zhì)量，但有能量和相對論質(zhì)量。所謂相對論質(zhì)量就是動質(zhì)量，光子的能量遵循愛因斯坦質(zhì)能方程，即E=mc^2=hv，由此可計算出光子動量為m=hv/c^2。這里E為能量，m為光子質(zhì)量上限，c為光速，h為普朗克常數(shù)，v為任意電磁波頻率。

光的波長越長，頻率越低，能量越?。环粗?，波長越短，頻率越高，能量越大。根據(jù)這個公式，我們可以計算出可見光中段500nm波長的綠光，其頻率約6*10^14Hz，光子質(zhì)量約為4.4*10^-36kg；而波長約3*10^-16m，頻率約10^24Hz的γ射線，光子動量則約為7.4*10^-27Kgm/s。由此可見，光子的動質(zhì)量是與能量成正比，與波長成反比的，也就是說波長越短，頻率越高，動質(zhì)量越大。

但光子的運動速度與能量無關(guān)，都是一樣的。

所有波段的電磁波都是以光子為媒介傳輸?shù)模虼斯饩褪请姶挪āｋ姶挪芰繌牡偷礁撸蔁o線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等不同波段和頻率的波譜組成，可見光只在其中占有大概在380~760nm之間這么一小段，其余的電磁波都是肉眼不可見，但通過各種設(shè)備儀器能夠偵測到的，也可把這些波段的電磁波稱為不可見光波。

這些不同能量的電磁波，其運動速度是一樣的，如我們點一支蠟燭發(fā)出的光，太陽發(fā)出的光，還有看不見的X光、γ光，速度都是一樣的，每秒約30萬千米。只是頻率不一樣，動質(zhì)量也不一樣。頻率越高由于能量越強，動質(zhì)量越大，對人體等生物的傷害就越大，這就是X射線和γ射線很厲害的緣故。

光子是如何產(chǎn)生的？

光是電磁波，組成電磁波的是光子流。在量子力學里面，光子既是一粒一粒的微小粒子，又是聲波一樣的波，具有波動性，因此具有波粒二象性。光子的粒子性通過光電效應(yīng)得到證明；而其波動性通過光子衍射得到證明。

根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，光子是電磁場激發(fā)出來的。任何原子的外圍都有電子，這些電子可以處在不同的能級。當電子得到受到一定能量激發(fā)，就會躍遷到更高能級。但這種跳出自己能級的運動有點像人們離開了家，在外漂泊感到不安全也不穩(wěn)定，于是就總想著回家。作為電子來說，就是回到自己的低能級，從高到低也叫躍遷。要做到這一點，就像人們回家要買車票一樣，電子就要釋放出一個光子。

當大量的電子做這種運動時，就像春節(jié)前后的春運，來來回回就釋放出很多光子。這些光子一出生，由于沒有靜質(zhì)量，就停不下來，以每秒約3萬千米的速度狂奔，如果沒有阻擋，它們就一直奔下去。光子有個特點，它們奔跑起來目不旁視，勇往直前，即便再濃密的光子，也相互不會影響。只有路途遇到電子阻擋碰撞時，才會相互發(fā)生作用，光就會衰減。

太陽光、星光、白熾燈光、日光燈光、LED燈光、燭光、X光、γ光、無線電、微波、紅外形、紫外線等等，所有看得見和看不見的光，也就是電磁波，都是這樣發(fā)出來的。

結(jié)論：光是由光子組成的能量流，具有波粒二象性，光子沒有靜止質(zhì)量，也就是無法靜止下來，因此一出生就是以光速前行。光的行進路線是直線，不會拐彎，但會被其他帶電物質(zhì)反射、折射、衍射、吸收。

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