我们经常会称自己的体重,尤其是减肥的朋友:我的体重减到50公斤了,并为此欣喜若狂。
但你有没有想到,到底什么是质量?质量到底是如何产生的?平时我们所称的体重其实并不涉及到质量的本质,严格来讲只是地球给我们的重力。
物理学上来讲,质量就是物质的量,由密度和体积一起组成的一种度量。但这种定义还有些抽象,有没有具体的定义呢?
我们都知道,日常我们所见的宏观物体都是由最基本的微观粒子组成的,万物都是由原子组成的,原子由电子和原子核组成,原子核又是由中子和质子组成。
原子核和电子组成了原子的质量,但电子质量实在太小了,绝大部分质量都来自原子核,电子的质量几乎可以忽略不计。
比如说氢原子,核外电子的质量仅占原子质量的1/1837!
电子是基本粒子,不能继续分割,电子下面没有更小的结构单元。而质子和中子都有更小的结构单元组成:夸克。夸克和电子都是基本粒子。
质子和中子都由三个夸克组成,质子由两个上夸克和一个下夸克组成,中子由两个下夸克和一个上夸克组成。
夸克也是有质量的,按理说,夸克的质量总和应该等于原子核质量,但事实并非如此,科学家们研究发现,夸克的质量总和加起来还不到原子核质量的1%,还有99%的质量去哪里了呢?
答案就藏在强相互作用上。
首先我们需要明白,自然界有四种基本作用力:强力,弱力,电磁力和引力,四种作用力中,强力的强度最大,引力的强度最小。
组成质子和中子的夸克都有由强相互作用连接在一起,通过胶子传递强力。
我们都知道,胶子在传递强力的过程伴随着巨大能量,这些能量就像胶水一样把夸克束缚在一起。
而根据爱因斯坦的质能方程,能量和质量是等价的,强相互作用的巨大能量就等同于质量,而原子核中99%的质量其实就是强相互作用的巨大能量,而夸克只占了原子核质量的1%。
接下来的问题就是,夸克1%的质量又是来自哪里呢?
需要用“上帝粒子”来解释。
所谓“上帝粒子”,其实就是希格斯玻色子。希格斯场充满了整个宇宙,而希格斯玻色子就是
希格斯场的量子激发。基本粒子与希格斯场发生耦合可以获得质量。
如何证明希格斯场的存在呢?只要找到希格斯玻色子(上帝粒子)就可以证明了。而科学家在大型粒子对撞机中发现了希格斯玻色子的存在,希格斯也因此获得了诺贝尔物理学奖。
各种基本粒子(费米子,电子,夸克等)都会与希格斯场发生耦合获得质量,而各种玻色子(传播自然作用力的传播子)比如光子等不会与希格斯场发生耦合作用获得质量,静质量为零,只能以光速传播。
那么夸克又是由什么构成的呢?目前我们不得而知,因为“夸克禁闭”的存在,科学家无法观察到夸克的存在。