光速作为宇宙速度极限的概念是基于光粒子（称为光子）没有质量的假设。但天体物理观测无法排除光子确实具有微小质量的可能性——这在物理学中具有广泛的影响。例如，如果光子完全没有质量，它们将完全稳定，并且理论上可以永远存在。但如果它们确实具有一点质量，它们最终可能会衰变成更轻的粒子。现在，通过研究大爆炸后不久辐射出的古老光线，一位物理学家计算出了光子的最短寿命，表明即使光子不是永远存在，它们也必须至少存活十亿亿年。
这个寿命听起来可能像永恒，但对于以光速传播的光子来说，它只是一瞬间。由于爱因斯坦狭义相对论预测的时间膨胀效应，地球上的十亿亿年对于光子来说感觉只有三年，因为它传播得太快了。
如果物理学家真的发现光子具有非零质量，因此寿命有限，那么“光速的概念显然就没什么意义了”，德国海德堡马克斯·普朗克核物理研究所的博士生、研究作者朱利安·希克说。“速度仍然会有一个绝对极限，但光子也必须遵守这个定律，并且以低于光速的速度传播。” 届时，光子的速度将取决于它们的波长，蓝光将比红光传播得更快。从遥远恒星同时释放的光子将根据它们的波长在不同的时间到达地球。
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有质量的光子还需要修改粒子物理学的标准模型（该模型假设光子没有质量）、描述电磁波和电磁场的麦克斯韦方程组（光子是电磁力的载体粒子）以及描述带电粒子之间相互作用的定律。由于后一种效应，对太阳磁场的观测已经证明，如果光子有质量，也必然非常轻。目前光子可能质量的实验上限是10-54千克。
为了找到光子寿命的上限，希克分析了来自宇宙微波背景辐射的观测数据——宇宙中弥漫的光，可以追溯到大爆炸后几十万年——这些数据是从现已停用的 NASA 宇宙背景探测者 (COBE) 卫星上收集的，该卫星于 1989 年发射。这种光符合一种非常特定的模式——称为黑体辐射，它告诉科学家根据光的波长，光应该有多强。然而，如果任何光子在穿越宇宙的过程中衰变，COBE 将看到比黑体辐射定律预测的更少的低能量（更红）光，因为红光预计比蓝光衰变得更快。“如果光子来自非常遥远的地方，比如来自宇宙的开端，那么它们可能有足够的时间在到达这里的方式上衰变，”密西西比大学的物理学家埃马努埃莱·贝尔蒂说，他研究过光子的质量，但没有参与希克的研究。“这就是这个想法，我认为它非常优雅。”
但根据 COBE 的测量结果，宇宙微波背景似乎表现得像一个完美的黑体。似乎没有低能量光缺失，这表明自大约 137 亿年前的大爆炸以来，极少的光子（如果有的话）发生了衰变。这项分析使希克能够计算出光子的最短寿命为 1018，即十亿亿年。
尽管无质量光子的简单模型最终可能是正确的，但有质量光子的前景提出了一些有趣的可能。例如，如果光子确实衰变，它们会衰变成什么？“这当然是关键问题，”希克说。一种可能性是称为中微子的粒子，它们有几种类型或味：“如果最轻的中微子没有质量，那么这将是光子最明显的最终状态”，希克说。光子“原则上也可以衰变成其他未知的粒子”。*
希克的论文于 7 月 11 日发表在《物理评论快报》上，代表了首次计算光子最短寿命，但它依赖于一些简化的假设，他说。最重要的是，它忽略了宇宙微波背景形成后光子与物质的相互作用，如果光子具有非常小的质量，这可能会产生强烈的影响。例如，光子可能被星际物质吸收并重新发射，从而改变它们的性质。贝尔蒂同意这些假设使事情变得复杂。“原则上，这个计算非常有趣，”他说。“但细节决定成败。”
希克说，如果能够更好地理解这些物质相互作用并将其考虑在内，他就可以计算出更严格的光子寿命限制。关于宇宙微波背景的更精确数据也将有所帮助，尽管希克没有使用来自比 COBE 更新的航天器（例如威尔金森微波各向异性探测器）的测量数据的原因是，这些较新的观测缺乏必要温度数据来理解光的黑体光谱。
*更正（2013 年 7 月 30 日）：本文的早期版本指出，胶子代表了光子衰变的潜在最终状态。但这不可能，因为胶子的一种称为色荷的属性阻止了它们单独存在。