摘要：在物理学的范畴中，光子具有一些独特的属性，这与它的速度来源密切相关。光子的一个关键特性是它没有静止质量，也就是说其静止质量严格为零 。

光子的速度达到每秒约 30 万公里，是什么赋予了光子如此强大的 “动力”？

从基本定义来看，光子是传递电磁相互作用的基本粒子，是电磁辐射的载体 。

在物理学的范畴中，光子具有一些独特的属性，这与它的速度来源密切相关。光子的一个关键特性是它没有静止质量，也就是说其静止质量严格为零 。

现代物理学中，许多重要的理论都是建立在光子静止质量为零这一假设基础之上的。

例如，库仑定律的平方反比定律，它描述了两个点电荷之间的静电力与它们之间距离的平方成反比关系，这一理论的成立依赖于光子静止质量为零。

麦克斯韦方程组统一了电与磁的理论，预言了电磁波的存在，而光子作为电磁波的传播媒介，其静止质量为零是麦克斯韦方程组成立的重要前提。

电磁场的拉格朗日量在描述电磁场的动力学性质时，同样以光子静止质量为零作为基本假设 。

一旦光子的静止质量不为零，这些现代物理学的基石理论都将面临被推翻的危机，进而以它们为基础构建的几乎所有现代物理学和量子力学理论都需要重建 。

那么，光子的速度与它的质量特性之间存在怎样的联系呢？

根据爱因斯坦的狭义相对论，任何有质量的物体要运动都需要消耗能量，并且速度越大，所消耗的能量就越大。

这是因为能量加在物质上，物质会获得更大的动质量。

质速关系公式 很好地描述了这一现象，其中 m为物质的运动质量，m0 为物质的静质量，v 为运动速度，c 为光速 。

从这个公式可以看出，当有静止质量的物体速度趋近光速时，其动质量会趋于无限大。

整个宇宙的质能是有限的，一个具有静止质量的物体要达到比宇宙总质能还要大的动量，这显然是一个悖论。因此，凡有质量的物体，其运动速度都会受到限制，无法达到光速，即使是极其微小的电子也不例外 。

然而，光子却与众不同。

由于光子没有静质量，它的运动速度无需能量来推动，不受能量大小的左右 。

从某种意义上说，光子一诞生就以光速运动，并不存在一个从零加速到光速的过程，也不需要所谓的 “动力” 来催动 。

这就好比在一场没有摩擦力的 “宇宙赛跑” 中，其他有质量的粒子需要不断消耗能量来提升速度，而光子从起跑线上就直接以最高速度飞奔而出 。

尽管光子不需要额外的动力来达到光速，但光子的能量大小并非对其毫无影响。

能量的大小会让光子以波长和频率的形式反映出来，它们之间存在着紧密的关系：能量越大，光子的波长越短，频率越高 。

例如，在电磁波谱中，伽马射线的能量极高，其光子的波长很短，频率则非常高；而无线电波的能量相对较低，其光子的波长较长，频率较低 。

爱因斯坦根据质能方程 E=MC² 和光量子能量公式，粗略推导出光子动质量上限，其表达式为 m=hv/c²，式中 m 代表光子动质量上限，h 为普朗克常量，v 代表任意电磁波频率，c 为光速 。

通过这个公式计算出光子动质量上限约为 5.74×10⁻⁵⁰千克 。

中国武汉华中科技大学教授罗俊领导的科研团队进行了 “用精密扭秤检验光子静止质量的上限” 的研究，得出新的光子质量上限为 10⁻⁴⁸千克的成果，这一成果得到了世界科学界的广泛承认，相比过去的光量子质量上限提升了 2 个数量级 。

近期，中国科学院新疆天文台脉冲星团组周霞研究员与合作者通过超宽带（UWB）接收机采集的脉冲星测时数据和快速射电暴（FRBs）数据，确定了光子质量的严格上限为 9.52×10⁻⁴⁶ kg（5.34×10⁻¹⁰ eV c⁻²），为验证光子质量提供了新方法 。

这些研究进一步加深了我们对光子质量与速度关系的理解，尽管光子静止质量为零的假设迄今尚未被证伪，但科学家们通过不断探索光子的动质量上限等方式，持续拓展着我们对光子本质的认知边界 。

需要注意的是，我们通常所说的光速每秒约 30 万公里，是指光在真空中的速度 。

在不同的介质中，光速会发生变化 。

例如，光在冰中的速度为 2.30×10⁸m/s，在水中的速度为 2.25×10⁸m/s，在酒精中的速度为 2.2×10⁸m/s，在玻璃中的速度为 2.0×10⁸m/s 等 。

这是因为光在介质中传播时，会与介质中的原子、分子等相互作用，导致其传播速度减慢 。此外，科学家们还通过特殊的实验手段，让光子的运动速度进一步慢下来 。

比如，在极低的温度下，物质会呈现出一种特异状态 —— 波色 - 爱因斯坦凝聚态 。

在这种状态下，物质具有超流体和超导性质，电阻神奇消失，而光在其中也仿佛被 “冻得走不动了” 。1999 年，丹麦物理学家莱娜领导的团队成功利用超流体将一束光的速度降低到 17m/s，到了 2001 年，她已经能够将一束光完全冻结 。

来源：宇宙探索