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解讀質量的本質,萬物都有質量,但質量到底是如何產生的?

 宇宙時空探索 2022-03-13

我們經常會稱自己的體重,尤其是減肥的朋友:我的體重減到50公斤了,并為此欣喜若狂。

但你有沒有想到,到底什么是質量?質量到底是如何產生的?平時我們所稱的體重其實并不涉及到質量的本質,嚴格來講只是地球給我們的重力。

物理學上來講,質量就是物質的量,由密度和體積一起組成的一種度量。但這種定義還有些抽象,有沒有具體的定義呢?

我們都知道,日常我們所見的宏觀物體都是由最基本的微觀粒子組成的,萬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子組成。

原子核和電子組成了原子的質量,但電子質量實在太小了,絕大部分質量都來自原子核,電子的質量幾乎可以忽略不計。

比如說氫原子,核外電子的質量僅占原子質量的1/1837!

電子是基本粒子,不能繼續(xù)分割,電子下面沒有更小的結構單元。而質子和中子都有更小的結構單元組成:夸克。夸克和電子都是基本粒子。

質子和中子都由三個夸克組成,質子由兩個上夸克和一個下夸克組成,中子由兩個下夸克和一個上夸克組成。

夸克也是有質量的,按理說,夸克的質量總和應該等于原子核質量,但事實并非如此,科學家們研究發(fā)現(xiàn),夸克的質量總和加起來還不到原子核質量的1%,還有99%的質量去哪里了呢?

答案就藏在強相互作用上。

首先我們需要明白,自然界有四種基本作用力:強力,弱力,電磁力和引力,四種作用力中,強力的強度最大,引力的強度最小。

組成質子和中子的夸克都有由強相互作用連接在一起,通過膠子傳遞強力。

我們都知道,膠子在傳遞強力的過程伴隨著巨大能量,這些能量就像膠水一樣把夸克束縛在一起。

而根據愛因斯坦的質能方程,能量和質量是等價的,強相互作用的巨大能量就等同于質量,而原子核中99%的質量其實就是強相互作用的巨大能量,而夸克只占了原子核質量的1%。

接下來的問題就是,夸克1%的質量又是來自哪里呢?

需要用“上帝粒子”來解釋。

所謂“上帝粒子”,其實就是希格斯玻色子。希格斯場充滿了整個宇宙,而希格斯玻色子就是希格斯場的量子激發(fā)?;玖W优c希格斯場發(fā)生耦合可以獲得質量。

如何證明希格斯場的存在呢?只要找到希格斯玻色子(上帝粒子)就可以證明了。而科學家在大型粒子對撞機中發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子的存在,希格斯也因此獲得了諾貝爾物理學獎。

各種基本粒子(費米子,電子,夸克等)都會與希格斯場發(fā)生耦合獲得質量,而各種玻色子(傳播自然作用力的傳播子)比如光子等不會與希格斯場發(fā)生耦合作用獲得質量,靜質量為零,只能以光速傳播。

那么夸克又是由什么構成的呢?目前我們不得而知,因為“夸克禁閉”的存在,科學家無法觀察到夸克的存在。

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