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宇宙万物都拥有质量,但质量到底是什么?

我们都知道,万事万物都有质量,但质量到底是什么?

面对这样的问题,可能你一时也很懵圈,不知道该如何回答。很多时候就是这样,对身边最熟悉的事物太习以为常了,反而根本不会去问为什么。除了质量,还有时间,时间在我们身边无处不在,但至今我们不知道时间到底是什么。

牛顿对质量的定义是这样的,质量是描述物质的一个量度,这个量决定了物质改变运动状态的难易程度。

这种对质量的定义也叫做惯性质量,任何物体都有保持原有状态的特性,也就是惯性,直到外部力量迫使物体改变之前的状态。

能够看出,牛顿对质量的定义仍然是抽象模糊的,并没有诠释出质量的本质,只是从表象上对质量进行了定义。

下面再来看看爱因斯坦是如何定义质量的。

爱因斯坦认为,质量的本质就是能量,质量只是能量的一种体现罢了。

爱因斯坦不仅诠释了质量的本质,还诠释了其他常见的物理量,比如说时间,空间,能量和物质等。

爱因斯坦提出的史无前例的质能方程,能量等于质量与光速平方的乘积,让我们第一次知道了质量与能量之间的转换关系,也告诉了我们微小的质量就能释放出巨大的能量。

但是,爱因斯坦的质能方程虽然看起来很简洁,很伟大,但仍然没有告诉我们质量为什么是能量,质量到底是如何转化为能量的。

质量与能量之间的转化是宏观上的体现,而要弄清楚其中的本质,我们需要前往微观世界一探究竟。

微观世界比宏观更加热闹。从分子,原子,再到原子核,电子,质子种子和夸克,物理学家们不断探索微观世界最微小的部分,试图弄清楚万物到底由什么组成。

随着探索的深入,物理学家们发现了越来越多的基本粒子,一开始很混乱,为了更好地对基本粒子进行分类,物理学家制定了粒子标准模型。

在标准模型里,基本粒子可以分为两种:费米子和玻色子。费米子就是我们常说的基本粒子,通俗来讲,把一个物体无限切割,到最后不能切割的粒子就是费米子。而玻色子是把各种费米子连接起来的粒子,就像胶水一样把费米子牢牢地束缚在一起。

而2012年物理学家们又有重大发现,从而揭示了万物质量起源,这个重大发现就是希格斯粒子。

在解释希格斯粒子之前,有必要先了解一下自然界四大基本作用力,它们分别是强力,弱力,电磁力和引力。

强力,也就是强相互作用,是作用在核子之间。质子和中子都是由三个夸克组成的,而三个夸克就是通过强相互作用连接在一起的,就像胶水那样,牢牢地把夸克束缚在一起。强力是通过一种名叫胶子的粒子传递的。

强力非常强大,可以把带正电的质子束缚在一起,而如果想把质子分开,则需要巨大的能量来对抗强相互作用才能做到。

弱力,也就是弱相互作用,弱力最常见的表现就是核辐射。原子都是中性粒子,质子和电子数量是对等的。而如果原子很多,电子就不容易被束缚住,原子就会发生衰变,比如说β衰变,原子核通过俘获电子的方式让质子变成中子,这个过程就需要玻色子来传递能量。

也就是说,弱力需要玻色子来传递的。

电磁力,是我们生活中最常见的力,除了引力之外的所有力本质上都是电磁力,比如说摩擦力,弹力,机械力等。电磁力是依靠光子来传递的。

最后一个是引力,引力是通过引力子来传播的。不过引力子目前还只是一个假想概念,它并没有被找到。

四大基本作用力把微观粒子牢牢地束缚在一起,让万物有了框架,有了质量,具体来说是能量体现出了质量。

比如说组成质子的三个夸克之间,被强相互作用牢牢束缚在一起,于是就形成了强大的束缚能,这种能量可以通过爱因斯坦的质量方程换算成质量。

但是这里有一个问题,当物理学家们计算其中的质量时,发现结果比强相互作用的束缚能转换的质量多了1%,这1%的质量到底是什么,很显然,只能是夸克的质量。

那么问题来了,夸克的质量又是哪里来的呢?

这时候就该希格斯粒子登场了。

所有的基本粒子一开始都是没有质量的,质量的产生就是因为费米子,也就是基本粒子在希格斯场中运动,与希格斯粒子发生作用形成的。费米子在与希格斯粒子作用后会减速,从而获得了质量。

希格斯场在宇宙中无处不在,而希格斯场的扰动就会形成希格斯粒子。

这就是希格斯机制对质量本质的诠释,该诠释认为我们的宇宙充满了希格斯场,就像无穷无尽的汪洋大海,海水对基本粒子的冲击就让粒子具有一定能量,冲击越大,能量就越大,而能量也会体现出质量。

但是光子和胶子并不会与希格斯粒子发生相互作用,所有光子和胶子的速度是光速,而且必须是光速,一生下来就是光速。同时由于光子和胶子不会与希格斯粒子发生作用,也就没有质量,准确地说是静质量!

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