質(zhì)量的本質(zhì)是什么？物體為何會(huì)有重量？

對(duì)于普通人而言，質(zhì)量就是個(gè)非常簡(jiǎn)單的概念，就算是工程師也僅僅把質(zhì)量這概念當(dāng)成一個(gè)工具，質(zhì)量也只是個(gè)平平無(wú)奇的物理量，只有在物理課時(shí)質(zhì)量才會(huì)映入眼簾，但你有沒(méi)有想過(guò)，所謂的“質(zhì)量”到底是什么呢？質(zhì)量又是如何產(chǎn)生的呢？你可能會(huì)反駁，質(zhì)量就是質(zhì)量，是物體本身自帶的屬性。但你有沒(méi)有認(rèn)真想過(guò)，真的是這樣嗎？平時(shí)我們所稱的體重，其實(shí)并不涉及到質(zhì)量的本質(zhì)，嚴(yán)格來(lái)講只是地球給我們的重力。其實(shí)直到今天，什么是質(zhì)量？也沒(méi)有一個(gè)人知道，更不知道質(zhì)量究竟是怎么產(chǎn)生的。

質(zhì)量這個(gè)聽(tīng)上去很簡(jiǎn)單的問(wèn)題，其實(shí)是宇宙中最大的謎團(tuán)之一。2012年，歐洲核子研究所宣布，他們利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子。這說(shuō)明在宇宙中，充斥著一種我們看不見(jiàn)摸不著的場(chǎng)-希格斯場(chǎng)。宇宙并不是虛空的，宇宙里充滿著量子場(chǎng)薄膜，我們所有的人和物都處在薄膜中?？茖W(xué)家推斷，希格斯場(chǎng)的存在也許就是質(zhì)量產(chǎn)生的原因。那么，質(zhì)量到底是什么呢？這事我們還得從頭說(shuō)起。300多年前，牛頓發(fā)表了著名的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理，這部名垂千史的著作正式開(kāi)啟了現(xiàn)代科學(xué)的序幕。在這部書(shū)的第一部分當(dāng)中，牛頓對(duì)各種各樣的物理量進(jìn)行了定義，按照牛頓第二定律的描述，質(zhì)量指的是一個(gè)物體的量，這種量決定了改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的難易程度，物體的質(zhì)量越大，改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就會(huì)越難。

但牛頓第二定律這種對(duì)質(zhì)量的描述仍舊比較抽象，我們需要更深入的詮釋。愛(ài)因斯坦提出了更加具體的詮釋，他提出質(zhì)量的本質(zhì)其實(shí)就是能量。愛(ài)因斯坦提出的質(zhì)能方程，相信大家都很熟悉。該方程表明：質(zhì)量和能量是等效的，可以認(rèn)為是同一種東西，但更本質(zhì)的東西其實(shí)還是能量。通俗來(lái)講，質(zhì)量只是能量的另一種表現(xiàn)形式罷了。不管是慣性質(zhì)量還是引力質(zhì)量，這都不是質(zhì)量的本質(zhì)。想要了解質(zhì)量，通常大家都會(huì)這么想，只要找到物質(zhì)的最小單位，看看它是怎樣獲得質(zhì)量的，不就能夠解決這個(gè)問(wèn)題了嗎？我們都知道，日常我們所見(jiàn)的宏觀物體都是由最基本的微觀粒子組成的，萬(wàn)物都是由原子組成的，原子由電子和原子核組成，原子核又是由中子和質(zhì)子組成。原子核和電子組成了原子的質(zhì)量，但電子質(zhì)量實(shí)在太小了，絕大部分質(zhì)量都來(lái)自原子核，電子的質(zhì)量幾乎可以忽略不計(jì)。電子是基本粒子，不能繼續(xù)分割，電子下面沒(méi)有更小的結(jié)構(gòu)單元。而質(zhì)子和中子都有更小的結(jié)構(gòu)單元組成--夸克。

夸克和電子都是基本粒子。按理說(shuō)，夸克的質(zhì)量總和應(yīng)該等于原子核質(zhì)量，但事實(shí)并非如此，科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，夸克的質(zhì)量總和加起來(lái)還不到原子核質(zhì)量的1%，還有99%的質(zhì)量去哪里了呢？雖然人類已經(jīng)可以精確的找到最小的粒子，但仍然無(wú)法解決質(zhì)量之謎，這又是為什么呢？因?yàn)槟切┍憩F(xiàn)物理量特性的最小單元。比如夸克和電子，它們之間是依靠著不同的力結(jié)合在一起的。想要破解質(zhì)量之謎，除了找到基本粒子外，還需要知道基本力是從哪來(lái)的?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)維持原子運(yùn)行的力一共有3種，第一種是電磁力，就是電子圍繞著原子核運(yùn)轉(zhuǎn)的力，第二種是弱核力，就是中微子飛出原子核的力，第三種是強(qiáng)核力，就是將夸克束縛成質(zhì)子與中子的力。根據(jù)質(zhì)能方程，能量和質(zhì)量是相互等價(jià)的。強(qiáng)相互作用是以非常大的能量把3個(gè)夸克束縛在一起，這個(gè)能量等價(jià)于一定的質(zhì)量，占據(jù)了質(zhì)子和中子99%的質(zhì)量。

搞清楚了99%的質(zhì)量問(wèn)題，剩余的1%才是最讓科學(xué)家頭疼，這是因?yàn)榘凑绽碚搧?lái)看，基本粒子質(zhì)量應(yīng)該都是0，比如：夸克和電子其實(shí)都屬于基本粒子。那問(wèn)題到底出在哪里了呢？要了解剩余1%的質(zhì)量，我們就得先了解另外一個(gè)概念--場(chǎng)。場(chǎng)聽(tīng)起來(lái)很陌生，實(shí)際上，我們初高中在學(xué)物理學(xué)時(shí)就接觸過(guò)，比如：引力是通過(guò)引力場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)相互作用的，電磁力是通過(guò)電磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)相互作用的。就在這個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，一位重要的人物楊振寧出場(chǎng)了。他希望通過(guò)某個(gè)公式，將電磁力、弱核力和強(qiáng)核力三種力統(tǒng)一起來(lái)。恰巧，剛剛畢業(yè)的米爾斯也進(jìn)入了這個(gè)研究領(lǐng)域，并與楊振寧共用一間辦公室。兩個(gè)人很快便成了朋友，有一天，他們產(chǎn)生了一個(gè)奇妙的想法，楊振寧和米爾斯試著加入了一個(gè)二次項(xiàng)，神奇的事情發(fā)生了，他們得到了一個(gè)非常漂亮的數(shù)學(xué)結(jié)果。從那一刻起，楊振寧就知道自己打開(kāi)了物理界另一扇大門(mén)，1954年，楊振寧和米爾斯發(fā)表了楊米爾斯規(guī)范場(chǎng)理論，這是一個(gè)劃時(shí)代的理論。

但楊米爾斯規(guī)范場(chǎng)理論卻帶來(lái)了一個(gè)絕對(duì)驚詫的問(wèn)題，在這個(gè)理論的框架下，所有的粒子都是沒(méi)有質(zhì)量的。當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家都驚了，如果說(shuō)粒子沒(méi)質(zhì)量，也就意味著整個(gè)世界沒(méi)有質(zhì)量，這完全不符合我們對(duì)世界的觀察，為此，他們不得不提出一個(gè)新的假設(shè)，他們認(rèn)為宇宙中應(yīng)該還存在著我們所不知道的“場(chǎng)”，這個(gè)“場(chǎng)”可以和粒子發(fā)生作用，并且賦予粒子不同的質(zhì)量，這個(gè)理論也被稱為希格斯機(jī)制，賦予粒子質(zhì)量的“場(chǎng)”叫做希格斯場(chǎng)。這個(gè)希格斯場(chǎng)布滿了整個(gè)宇宙空間。那么，科學(xué)家們?nèi)绾未_定希格斯場(chǎng)的存在呢？答案就在“希格斯粒子”。希格斯粒子又被稱為“上帝粒子”，是希格斯場(chǎng)受到激發(fā)擾動(dòng)形成的，科學(xué)家在2012年發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子的存在。

希格斯場(chǎng)也存在著某種機(jī)制所謂的“希格斯機(jī)制”，并不是所有微觀粒子都會(huì)與希格斯場(chǎng)發(fā)生作用，比如說(shuō)光子就不會(huì)受到希格斯場(chǎng)的影響，所以光會(huì)以光速飛行，也必須以光速飛行。希格斯機(jī)制也解釋萬(wàn)物最后那1%的質(zhì)量來(lái)源，質(zhì)量是希格斯場(chǎng)賦予某些粒子的產(chǎn)物，但是細(xì)想一下還是不對(duì)，這仍然只是質(zhì)量的一種表象。只是向最終的答案又邁進(jìn)了一步而已。質(zhì)量仍然是這個(gè)世界最大的秘密之一。關(guān)于質(zhì)量朋友們有什么不一樣的想法和看法呢？歡迎大家踴躍討論，感謝大家觀看，我是探索宇宙，我們下期再見(jiàn)。