如果要給科學(xué)史上的理論物理學(xué)家做一個(gè)排名，可能不同的人給出的答案會(huì)是完全不同的。不過，有兩位大神肯定會(huì)被大家排到最前列，這兩個(gè)人就是牛頓和愛因斯坦。牛頓代表的是經(jīng)典物理學(xué)，而愛因斯坦則代表的是現(xiàn)代科學(xué)，愛因斯坦以及他所在時(shí)代的科學(xué)家更像革新者，革了經(jīng)典物理學(xué)的地基，建立了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱： 相對(duì)論 和 量子力學(xué) 。
其中，相對(duì)論幾乎是愛因斯坦一個(gè)人做出來的。相對(duì)論被分為 狹義相對(duì)論 和 廣義相對(duì)論 。在狹義相對(duì)論中，愛因斯坦以 光速不變?cè)?和 相對(duì)性原理 為基本假設(shè)建構(gòu)出來的。
我們通過光速不變?cè)磉M(jìn)行推導(dǎo)，就可以得到 光速是信息、物質(zhì)和能量傳播的最快速度， 它們都無法超越這個(gè)光速(3*10^8m/s)。這個(gè)看法起初很多科學(xué)家都無法接受，狹義相對(duì)論誕生后很久才逐漸在實(shí)驗(yàn)中被驗(yàn)證，被開始被接受。很多人都會(huì)有一個(gè)疑問：為什么光速是宇宙中物質(zhì)、信息、能量的極限速度，而不是其他的速度?還有光是如何一下子達(dá)到光速的?它的動(dòng)力之源到底是什么?
標(biāo)準(zhǔn)模型
關(guān)于這個(gè)問題，與愛因斯坦同一時(shí)代的物理學(xué)家就在研究，前前后后上百位杰出的物理學(xué)家先是創(chuàng)立了量子力學(xué)，緊接著結(jié)合狹義相對(duì)論和量子力學(xué)推導(dǎo)出了量子場(chǎng)論，進(jìn)而得到到了 粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型 。
之所以需要這樣一個(gè)理論，很大原因是實(shí)驗(yàn)惹的禍。上世紀(jì)初有一個(gè)叫做盧瑟福的科學(xué)家通過簡(jiǎn)單的“α粒子”轟擊(撞)金箔，就讓他了解到原子模型，并開啟了研究核物理的先河。
后來的科學(xué)家照葫蘆畫瓢開始用粒子\"對(duì)撞”來獲得微觀世界的物理學(xué)現(xiàn)象。這一“撞”，撞出了上百種粒子，那這些粒子該如何安排的明明白白呢?
物理學(xué)家就搞出了一套標(biāo)準(zhǔn)模型，在這套標(biāo)準(zhǔn)模型中就把這些粒子都安排明白了。這套模型實(shí)際上很復(fù)雜，不過我們可以簡(jiǎn)單粗暴地來說一下。
話說在古希臘時(shí)代，就已經(jīng)有哲學(xué)家在思考這個(gè)宇宙到底是咋來的了?
他們當(dāng)時(shí)提供了兩個(gè)思考這個(gè)問題的方向，一 個(gè)是研究萬物的本源，一個(gè)是研究萬物之所以是萬物背后的規(guī)律。 前者最后最終逐漸演化成研究萬物最小的構(gòu)成單位，并且在德謨克利特和亞里士多德時(shí)代達(dá)到了高峰，不過他們還停留在哲學(xué)思辨的層次，并沒有和微觀的物理學(xué)現(xiàn)象相結(jié)合。
而標(biāo)準(zhǔn)模型則彌補(bǔ)了這個(gè)空白，是基于微觀世界的物理學(xué)現(xiàn)象構(gòu)建起來模型。在這個(gè)模型當(dāng)中，有兩種構(gòu)成這個(gè)世界的粒子，一種叫做 費(fèi)米子 ，一種叫做 玻色子 。費(fèi)米子就好比是把萬物切到最小剩下的粒子，費(fèi)米子不能處于同一個(gè)量子態(tài)，因此，它們的存在使得物質(zhì)具有體積的屬性。而玻色子就好比是膠水(通過傳遞相互作用來實(shí)現(xiàn))，把費(fèi)米子粘黏起來形成物質(zhì)。
這么說可能太抽象了，我們來舉個(gè)例子，夸克就是費(fèi)米子，而膠子就是規(guī)范玻色子，三個(gè)夸克通過膠子傳遞的強(qiáng)相互作用就可以構(gòu)成質(zhì)子或者中子。
而質(zhì)子和中子可以通過介子傳遞的強(qiáng)相互作用來構(gòu)成原子核，原子核和電子之間是依靠光子傳遞的相互作用來構(gòu)成原子。這里沒有提到的弱相互作用則是用來維持原子核的穩(wěn)定性的。有了原子，通過原子之間的電磁力，就可以構(gòu)成分子，分子再構(gòu)成物質(zhì)。所以，費(fèi)米子和規(guī)范玻色子實(shí)際上就是古希臘先哲心目中的萬物本源，它們共同構(gòu)成了這個(gè)世界。
質(zhì)量之源
說了這么多，你可能要問了，那這和光速有什么關(guān)系呢?
這個(gè)理論看似完美，但是卻存在著一個(gè)致命的問題： 粒子的質(zhì)量從哪來?
根據(jù)這個(gè)理論，粒子都應(yīng)該是不具有質(zhì)量的?？墒牵茖W(xué)家通過計(jì)算就發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)的質(zhì)量99%來自于強(qiáng)互相作用，卻還有剩余的1%不知去向。
為了解決這個(gè)問題，幾位科學(xué)家提出了著名的希格斯機(jī)制。他們認(rèn)為宇宙中還存在著一種標(biāo)量玻色子： 希格斯玻色子 。它們可以賦予粒子質(zhì)量，那它們是如何賦予粒子質(zhì)量的呢?
它們可以讓粒子減速，以此讓粒子獲得質(zhì)量。也就是說，如果沒有任何阻攔，粒子本身就應(yīng)該是以光速傳播，但是有一部分粒子被希格斯玻色子“攔著”，以至于速度被拖慢，并且獲得了質(zhì)量。
萬萬沒想到的是，科學(xué)家的這個(gè)理論猜想后來還真的被大型粒子對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證，其中2位物理學(xué)家在2012年還因?yàn)樘岢鱿８袼箼C(jī)制而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。
但并不是所有的粒子都會(huì)被“拖慢”，光子就不會(huì)，所以它具有的速度就是粒子本該有的速度：光速。光子不是慢慢加速到光速的，而是它天生就是光速，也因此它的靜止質(zhì)量為零。
關(guān)鍵詞： 愛因斯坦 標(biāo)準(zhǔn)模型 狹義相對(duì)論
