“本來無一物,何處惹塵埃”,“色即是空”,“四大皆空”……我們經常都能在影視作品中聽到這些富有禪理的話語。它將我們的萬物都歸結于虛無。萬物的本質是“空”,用如今的科學來審視這些言語,發現里面竟蘊藏著巨大的秘密!“質量”是一個看似平常,但卻無比玄奧的物質標簽。
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眾所周知,我們身邊的萬事萬物都是由原子構成的。而原子則是由原子核與電子構成。可是這兩者在整個原子中所占的比例卻少之又少。若把整個原子比作一個操場,那原子核就相當于操場中央的一個足球。電子呢?僅是按一定隨機概率出現在操場上的細砂粒,在操場上再無其他東西了。偌大的原子絕大部分都是空空蕩蕩的,原子內99.999%以上都是空的。我們口渴時,喝下一杯實實在在的水,誰能想到,我們飲下的絕大部分只是空間本身。
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“萬物皆空”的震撼還遠不僅如此,原子核里更是另有乾坤。原子核由質子和中子組成,組成質子、中子的更基本粒子是夸克。研究表明,物質內夸克的總質量竟只有質子質量的1%,那物質另外99%的質量從何而來?答案就是把這些夸克束縛在一起的能量。毋容置疑,核武器之所以虧損極小的質量,就能釋放出毀天滅地的巨大能量,原因就在于此,E=MC∧2,告訴我們每個有質量的物體都具有極大的能量。
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組成萬物最為關鍵的,那“1%的質量”究竟是怎樣產生的?夸克、電子、中微子、介子等等這些基本粒子的質量究竟是怎么來的?若是這個問題不能圓滿解決,現代物理學的支柱之一量子力學,始終將被陰霾籠罩。
希格斯玻色子就是攻克這最后堡壘的關鍵。著名理論物理學家彼得·希格斯在1964年提出了希格斯玻色子,及希格斯場理論,解決了萬物的質量從何而來的終極疑問。希格斯機制中,希格斯場引起自發對稱性破缺,并將質量予規范傳播子和費米子。希格斯粒子是希格斯場量子化激發,它通過自相互作用而獲得質量。根據希格斯機制,基本粒子因與希格斯場耦合而最終獲得質量。
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簡而言之,我們的宇宙空間中充滿了希格斯粒子所產生的希格斯場,各種基本粒子在穿過希格斯場的時候,會受到它的阻滯作用,進而表現出質量。夸克受到的阻滯作用較強,所以夸克獲得的質量就較大。而電子受到的阻擋較小,所以其表現出來的質量也很小。光子不受希格斯場的阻滯,所以它不具有靜止質量。
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2013年3月14日,在希格斯理論提出的半個世紀里,通過科學家不懈地努力,歐洲核子研究組織,終于確認在大型強子對撞機里發現了這種賜予萬物質量的“上帝粒子”!彼得·希格斯也因此榮獲物理學界的最高榮譽,2013年的諾貝爾物理學獎,在得知消息時,這位年過八旬的老科學家滿臉熱淚。
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希格斯玻色子塵埃落定后,20世紀興起的量子力學的標準模型理論就基本“封頂”了。但質量的謎團還遠沒有結束,在整個宇宙中,我們可見的普通物質僅占總質量的約5%,其余約95%的質量是神秘的暗物質與暗能量。在21世紀的百年間,人類能揭開這些“質量”的神秘面紗嗎?
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