科学|为什么万物都会有“质量”？“质量”到底是什么？
质量之谜
不知道你想到没有 ， 重量到底是咋来的？
可能你会说 ， 是因为地球的引力 。 我们知道 ， 重量等于质量乘以重力加速度 ， 我们能够测到重量就是利用引力来测 。 那么问题又来了 ， 质量又是咋哪来的呢？
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这个问题一直困扰着科学家们 ， 伴随着整个近代科学的发展 。 牛顿曾经发表过著作《自然哲学的数学原理》 ， 这也被认为是近代科学的开山之作 。 在这本书当中 ， 牛顿在前10多页对各个物理量进行了严格的定义 ， 他首先选择就是
质量
。 所以 ， 我们可以说 ， 近代科学是从“质量”开始的 。
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如果我们仔细观察就会发现 ， 牛顿对于质量的定义本质上是用测量定义法 ， 也就是用测量的方式来做定义 ， 而没有直接讲述质量的本质到底是什么？
巧合的是 ， 作为化学的奠基人 ， 拉瓦锡的研究也是从“质量”开始的 ， 并且提出了著名的质量守恒定律 。
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牛顿和拉瓦锡两位大佬没有能够完全搞清楚质量的本质 ， 这并不怪他们 。 因为他们是被时代所局限住了 ， 当时的观测仪器根本无法观测到微观世界 。 而“质量本质”的谜团实际上就蕴含在微观世界当中 ， 直到近代才得以解开 。 那具体是咋回事呢？
质能等价
这要从另外一位科学大佬说起 ， 这就是大名鼎鼎的爱因斯坦 。 他在1905年发表了四篇具有划时代意义的论文 ， 其中最后一篇提出了一个著名的理论：
质能等价
。
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那什么是质能等价呢？
爱因斯坦实际上是统一了质量和能量 ， 他认为质量和能量一码事 ， 质量就是能量 ， 能量就是质量 ， 也就是同一个东西的两种不同的形态 ， 或者我们可以认为物质其实是极度压缩的能量 。 而衡量物质的量用到的就是质量 。 于是 ， 爱因斯坦给出了著名的质能方程E=mc^2 ， 指出了质量和能量的等价关系 。
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微观世界
后来 ， 整个20世纪 ， 科学家都在疯狂地探索着微观世界 ， 他们发现了上百种粒子 ， 并且还将它们进行归类 。 如今我们知道 ， 万物都是由原子构成 ， 原子内还有原子核和电子 。 原子核内还有质子和种子 。 这是有赖于汤姆逊 ， 卢瑟福 ， 查德威克等人的科学发现 。
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那么问题来了 ， 质子和中子又是由什么构成的呢？
科学家曾经利用轰击质子的方式 ， 发现轰击质子的粒子会发生三个散射角度 。 这说明质子也不是不可再分的 ， 它是由3个粒子构成 。 于是 ， 科学家把这种粒子称之为夸克 。
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把三个夸克束缚在质子和中子中的作用力叫做强相互作用 ， 这种强相互作用的强度极其大 ， 大概是引力的10^38倍 ， 作用范围极其小 ， 大概只有10^(-15)米的尺度 。
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要想把夸克束缚在如此小的范围 ， 实际上就需要大量的能量 。 科学家发现 ， 万物的质量实际上几乎都来自于强相互作用的能量等价的质量 ， 我们可以通过质能方程来得到这个质量 。 这个质量占据了万物质量的99% 。 那剩余的1%去哪了？
1%的质量之谜
这个问题其实一直困扰着科学家 ， 他们也一直没有很多的解释 。 甚至我们国家著名的科学家杨振宁在1954年公开演讲他的杨米尔斯理论时 ， 也被科学家泡利质问到下不来台 ， 后来还是原子弹之父帮忙解围的 。
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实际上 ， 并不是泡利特意为难杨振宁 ， 而是这个问题也让泡利困扰了很久 ， 苦于找不到答案 。 因此 ， 这1%的质量之谜成为了上世纪50年代科学家最痛疼的问题 。
后来 ， 有几位科学家就提出 ， 在
宇宙中还存在着一种叫做希格斯场的东西 ， 它可以使得粒子发生减速 ， 从而获得质量
【科学|为什么万物都会有“质量”？“质量”到底是什么？】 。 光子之所以是光速 ， 就是因为希格斯场对它没有作用 。 而其他的粒子达不到光速 ， 就是因为希格斯场赋予了它们质量 。
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但是这个观点一开始还只是科学假设 ， 并没有实锤 。 所有的理论还需要通过实验来检验 。 由于场和普通物质一样也是客观存在的物质 ， 因为它们也具有粒子性 ， 只要找到希格斯场所对应的希格斯玻色子就可以 。 2012年 ， 科学家利用大型强子对撞机找到了希格斯玻色子 ， 证明了这个理论是正确的 。
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希格斯玻色子的找到 ， 也帮助科学家找到了剩余1%的质量之谜 。 从而让我们了解到了质量的本质 ， 也就是
99%的质量来自于强力 ， 剩余的1%的质量来自于希格斯场赋予粒子的质量
。
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