万物都有质量,但是质量到底是如何产生的呢?

发布者:白色荆棘谷 2023-8-14 13:49

我们经常会称自己的体重,尤其对爱美的女士来讲,她们非常在意自己的体重。

你的体重是多少呢?对于中国人来讲,通常用斤表示体重,比如说你的体重是100斤,斤就是质量单位。

不过这种对质量的测量和描述方式其实是不严谨的,因为我们测量的并不是自身的质量,只是地球对我们产生的引力大小。

而地球的引力会随着位置的不同而发生变化,这意味着在不同的位置测量,就会得到不同的体重,这并不意味着你的质量发生了变化,变化的只是地球对你的引力。

在物理学上,质量指的是物体的量,是一个恒定不变量,无论在什么情况下都保持不变。

同时,质量还有另外一个定义:惯性质量,衡量物体惯性大小的物理量。

但是上述对质量的定义给人的感觉相当模糊,也很抽象,并没有具体描述出质量到底是什么。而爱因斯坦的出现,让我们看到的质量的本质。

爱因斯坦创建了相对论,其中的质能方程表明,质量与能量其实是等价的,两者可以进行转换,相当于一个东西的两个面。

这是不是意味着质量其实就是能量呢?作为科普来讲,可以这么认为,但我还想说得更多,因为其中隐藏着更深的奥秘。

要想弄清楚质量到底是什么,首先要明白质量到底是如何产生的。

我们都知道,宇宙万物都是由基本粒子构成的,那么,宏观物体的质量与微观粒子的质量总和应该是一样的。

比如说,你我都是由原子组成的,而原子由原子核和电子组成,原子核由质子和中子组成,而质子和中子都是由三个夸克组成,不同的是,组成质子的是两个上夸克和一个下夸克,而组成中子的是两个下夸克和一个上夸克。

三个夸克之间通过强核力结合在一起,强核力是通过胶子来传播强相互作用的,说白了,胶子就像胶水一样紧紧地把夸克粘结在一起。

由于夸克禁闭,我们并不能观察到夸克,夸克不能单独存在,必须与别的夸克同时一起存在。

从微观粒子的组成来看,质子或者中子的质量应该等于三个夸克的质量总和。但是科学家们发现并非如此,而事实上还差得很远,因为三个夸克的质量总和只有质子质量的1%而已。

这就奇怪了,就相当于我们把一块大石头分成三块小石头,按理说大石头的质量肯定等于三块小石头的质量总和,但实际上三块小石头的质量总和只有大石头的1%。

剩下的99%质量到底哪里去了?

组成质子的三个夸克之间,通过胶子传递强相互作用连接在一起,胶子其实是没有质量的,准确来讲胶子没有静质量,这点与光子是一样的。

虽然胶子没有质量,但在传递强相互作用的过程中,可以形成巨大的“束缚能”,这种束缚能把三个夸克紧紧地束缚在一起,是非常强大的。

不仅仅夸克与夸克之间,核子(质子或中子)之间也是通过胶子传递强相互作用结合在一起的,说明核子之间也具有强大的“束缚能”,这种能量如此强大,以至于无论是把核子分开或者结合在一起,都需要极其强大的能量才行。

而核子之间的这种强大“束缚能”其实也是核能的源泉,核聚变释放出来的巨大能量,其实就是核子之间的“束缚能”,通过强相互作用体现出来的能量。

根据爱因斯坦的质能方程,能量也会体现出质量。也就是说,我们的质量99%其实都是能量,强相互作用体现出来的能量。

但这里还有一个问题:那1%的质量又是哪里来的呢?也就是说夸克和电子等基本粒子的质量是哪里来的呢?

这时候就需要希格斯场和希格斯粒子登场了。

何为希格斯场?简单说它就是宇宙的背景场,充满了宇宙的每个角落,无处不在。希格斯场受到扰动就会形成希格斯粒子,而电子和夸克等基本粒子的质量就是通过希格斯粒子获取的。

具体怎么获取的呢?

电子夸克等粒子会与希格斯粒子发生作用,从而发生减速,在减速的过程中获得了质量。事实上,所有的基本粒子本应该都以光速运动,只不过大部分粒子在运动的过程中都会与希格斯粒子发生作用,从而慢下来,这个过程中就获得了质量。正因为如此,希格斯粒子也被称为“上帝粒子”。

打个比方,这就像你在大街上奔跑。如果你是普通人,基本上会畅通无阻,不会有任何阻碍,因为没有人会在意你。但如果你是超级明星,肯定遭到大量粉丝的围观,造成人群拥挤,你就会受到很大的阻碍,别说跑了,可能连走都走不动。可以这么通俗理解,受到的阻碍程度越高,质量也就越大。

而光子和胶子等基本粒子不会与希格斯粒子发生作用,所以它们以光速运动,必须以光速运动,而且一出生就以光速运动,没有任何加速过程。

最后说点题外话。估计很多人还会有这样的疑问:基本粒子,比如说电子和光子等到底是由什么组成的呢?

目前认为,电子和光子等是不可分的基本粒子,它们本质上其实都是能量,说白了就是波,准确来讲是“波包”,也就是“能量包”。

该如何理解呢?

根据量子场论,宇宙一开始并不是什么都没有,而是充满了各种场的“混沌”状态,比如说电磁场,希格斯场,中微子场,电子场等。当这些场处于基态时,具有能量最低值。而一旦处于基态的场受到扰动,就会从基态变成激发态,从而形成基本的粒子。

比如说,基态的电磁场受到扰动就会形成光子,而电磁波就是通过光子来传递的。

由此来看,世界的本质就是能量,质量只是能量的一种表现形式罢了,更本质的东西是能量!

大家都在看

  • 探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程

    探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程 探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程2024年10月,我国发布《国家空间科学中长期发展规划(2024—2050年)》,明确将“地外生命探寻”列为核心任务,正式开启迈向宇宙深处、寻找生命踪迹的科学征程 。这是我 ... 宇宙探索04-30

  • 4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索

    4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索 今天(23日),中国科学院国家天文台发布宇宙学模拟项目“千衍”。由中国科学家领衔的国际团队成功在超级计算机中构建出一个数字虚拟宇宙,为人类探索宇宙奥秘、研究宇宙的演化历史提供了强大的数字工具。中国科学家 ... 宇宙探索04-25

  • 探索宇宙的意义和价值是什么

    探索宇宙的意义和价值是什么 从科学认知的角度看,宇宙探索正以前所未有的深度,挑战并重塑着人类对自身在宇宙中位置的认知。最具标志性的发现,来自詹姆斯·韦布空间望远镜。它在距离地球124光年的系外行星K2-18b大气中,以99.7% 的统计置信度 ... 宇宙探索04-25

  • 抬头!看!中国人探索宇宙的脚步从未停止!

    抬头!看!中国人探索宇宙的脚步从未停止! 从东方红一号到中国载人飞船系统中国火星探测任务中国载人探月工程……中国人探索宇宙的脚步从未停止!我们曾畅想的,正在由我们书写我们曾仰望的,正在被我们抵达中国航天的每一步都值得我们骄傲!今天是中国航天日 ... 宇宙探索04-25

  • 从"太空竞赛"到"精打细算"!冷战之后为何不再疯狂探索宇宙?

    从"太空竞赛"到"精打细算"!冷战之后为何不再疯狂探索宇宙? 导语: 上世纪六七十年代,美苏两国像打了鸡血一样往天上扔火箭,火星、金星、月球被轮番"打卡"。可如今呢?NASA的预算一缩再缩,人类登月计划一拖再拖。太空探索怎么就"熄火"了?一、冷战没了,&#3 ... 宇宙探索04-23

  • 东西方智慧终极交汇:熵即是阴阳,坤0为首探索宇宙本源

    东西方智慧终极交汇:熵即是阴阳,坤0为首探索宇宙本源 《结构互鉴,文明共生》系列第十二此文为四月系列收官篇,全篇以东西方文明对话为纲,从热力学熵的本源出发,贯通信息、生命、演化、宇宙法则四大维度,把西方现代科学的严密数理,与中华《易经》的阴阳大道熔于一炉 ... 宇宙探索04-23

  • 美UFO纪录片导演:当下正处于探索外星文明转折点,“宇宙中人类并不孤单”

    美UFO纪录片导演:当下正处于探索外星文明转折点,“宇宙中人类并不孤单” “真相终将浮出水面,人类并非宇宙中唯一存在的智慧生命。”美国“不明飞行物”(UFO)纪录片《揭秘时代》(The Age of Disclosure)的导演兼制片人丹·法拉赫日前在接受采访时指出,在探索外星生命领域,世界正处于 ... 宇宙探索04-21

  • 宇宙探索·中子星:宇宙最极端的天体

    宇宙探索·中子星:宇宙最极端的天体 宇宙探索中子星:宇宙最极端的天体如果你觉得地球上最坚硬的钻石或者最炽热的熔岩已经算是极端,那么宇宙里有一种天体会让所有地球上的"极端"相形见绌——它就是中子星。一颗质量比太阳更大的恒星,在生命终 ... 宇宙探索04-21

  • 男人独自探索宇宙竟碰到了巨大的外星生物

    男人独自探索宇宙竟碰到了巨大的外星生物 就在半小时前,男人驾驶着飞船降落在这颗冰雪覆盖的星球,放眼看去完全就是一片白雪皑皑,零下两百度的气温更是让他举步维艰。但让他心情澎湃的是,他发现这里氧气非常充足。在确定基本生存条件达标之后,还有更加重 ... 宇宙探索04-17

  • 人类探索宇宙的意义何在

    人类探索宇宙的意义何在 从科学家的望远镜,到工程师的实验室,再到国家战略的蓝图,人类探索宇宙的意义,远不止于仰望星空。它是一场由好奇心驱动、被技术赋能、为未来布局的系统性远征。要看清其全貌,我们需要跳出单一视角,从科学、技术 ... 宇宙探索04-13