光無處不在，它們承載著物體的信息在空間中傳播。當(dāng)我們接收到光，就能知道光攜帶的信息，從而看到發(fā)出或者反射出這些光的物體。我們不僅僅研究光的來源，也會研究光本身，人類對于光的研究由來已久。
光速的研究
很早之前，人類就試圖去測量光的速度。但由于光速太快了，快到人們認(rèn)為是無限的。隨著觀測和實驗的進(jìn)步，天文學(xué)家羅默最早測出了光速，首次確定光速是有限的。此后，實驗精度變得越來越高，光速也測得越來越準(zhǔn)，其大小約為30萬公里/秒。
在愛因斯坦創(chuàng)立相對論之后，人們才進(jìn)一步知道，光速真的非?？?，因為這個速度是宇宙中的局域速度上限，沒有任何速度能夠超過它。而且光速還十分特殊，光只能以光速傳播。更為特別的是，無論是哪個參照系中的觀測者，所測得的光速都是完全相等的。
基于相對論的光速不變原理以及人類對光速的高精度測量，物理學(xué)家決定在沒有對目前物理量大小產(chǎn)生可測影響的情況下，把光速的大小定義為299792458米/秒。這樣，人類再也不用為精確測量光速而苦惱，而且還能解決用于定義米的米原器存在誤差的問題。
無論是電子躍遷，還是核聚變、核裂變反應(yīng)，或者是正反物質(zhì)湮滅，這些過程都會產(chǎn)生光。一旦光產(chǎn)生之后，它們的速度就會瞬間達(dá)到光速，而且始終會以這個速度傳播。如果光沒有被物質(zhì)吸收，它們不會在宇宙中消散掉，而且速度始終保持光速。例如，宇宙在138億年前產(chǎn)生的第一批光子如今還在，它們還以光速在宇宙中穿行。
那么，光是怎么達(dá)到光速？光又是如何保持光速？驅(qū)使光前進(jìn)的動力是什么？
光的粒子性
如果從光的粒子性角度來解釋，光是由無靜止質(zhì)量的光子組成。根據(jù)狹義相對論，既然光子的靜質(zhì)量為零，它們的速度只能是光速。根據(jù)粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的希格斯機(jī)制，沒有靜質(zhì)量的光子在穿過遍布宇宙的希格斯場時，光子不會發(fā)生耦合作用，所以它們不會獲得靜質(zhì)量，速度也不會從光速降下來。
光子一旦被制造出來，它們的速度就會直接達(dá)到光速，沒有從零到光速的加速過程。光子的傳播不需要能量來驅(qū)動，如果沒有被物質(zhì)或者黑洞吸收，它們始終會以光速在真空中無限傳播下去。
光的波動性
另一方面，如果從光的波動性來解釋，光的本質(zhì)是電磁波。麥克斯韋電磁場方程組表明，電和磁在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，變化的電場會激發(fā)出磁場，變化的磁場又會激發(fā)出電場，如此反復(fù)，就產(chǎn)生了電磁波。
由于電磁場以光速建立起來，所以電磁波會以光速傳播。電磁場的產(chǎn)生和存在沒有借助于介質(zhì)，所以光可以在真空中以光速傳播。雖然隨著空間結(jié)構(gòu)的持續(xù)膨脹，在空間中傳播的光會出現(xiàn)紅移，但它們不會完全消失在宇宙中。
