深度长文：到底是什么赋予了万物质量？（近4000字，建议收藏）

我们都知道宇宙中的一切事物都有质量，但是万物的质量从何而来？

首先，您需要了解什么是质量。牛顿第二定律将质量定义为：物体的加速度与其所受到的外力成正比，质量就是比例因子。

同时，牛顿万有引力定律的公式也是方程的比例因子，即两个物体之间的引力与距离平方的倒数之比。

这两个质量的定义实际上就是众所周知的“惯性质量”和“引力质量”。另一位伟大的物理学家爱因斯坦认为惯性质量和引力质量是等效的，并提出了更深层次的“等效原理”。由于引力与非惯性参考系中的物体局部等效，正是由于等效原理，引力可以从狭义相对论惯性系局部“消除”到所有参考系。我这里就不详细说了。爱因斯坦还提出了大引力场方程。这使我们能够用几何术语理解引力，并用数学语言解释质量如何弯曲时空。质量可以弯曲时空的理论也在1919 年得到证实，当时科学家观察到光线在靠近太阳时会发生弯曲。

说到这里，很多朋友可能还会觉得，你所说的属性只是考虑了质量的物理效应，比如惯性或者时空曲率，但根本不包括质量的本质。包括。事实上，无论是牛顿第二定律还是爱因斯坦提出的时空曲率效应都没有从根本上解释质量的来源。一切事物都是由基本粒子构成的，要追寻质量的起源，就必须进入微观世界，从微观粒子开始。关于“质量的本质及其从何而来？”的问题，理论物理学家其实很早就开始研究基本粒子的性质。 1983年，物理学家发现了W和Z玻色子。两者都是规范玻色子。按理来说，这两个规范玻色子应该没有质量。然而，实验结果表明，W和Z玻色子不仅具有质量，而且还具有显着的质量。

规范理论是粒子物理学的基本理论，它认为规范粒子不具有质量，但事实证明W和Z玻色子确实具有质量。这是否意味着规范理论有问题？任何问题都会推翻所有相关的物理理论，这不是当时物理学界所希望的。幸运的是，通过随后的深入探索，科学家们发现，在W和Z粒子被发现的几十年前，科学界就已经提出了一种机制，称为我注意到的希格斯机制。这种机制使我们能够赋予标准粒子质量。它还可以为电子夸克等基本粒子提供质量。

换句话说，W和Z玻色子的质量起源可以用希格斯机制来解释，而无需推翻规范理论。然而，虽然希格斯机制看似独创，但由于缺乏实验验证而受到质疑。为什么？这是因为，希格斯机制要成立，必须存在一种新型粒子，即希格斯玻色子（后来也称为“上帝粒子”），而其他微观粒子的质量就是由希格斯玻色子给出的。然而，科学家在实验中没有发现希格斯玻色子存在的证据。

科学是一门非常严谨的学科，但有了假设之后，就需要通过实验来验证。否则，无论一个理论多么美丽、多么完美，它都不是一个完美的理论。而且也不会得到科学界的认可。同时，一个好的理论必须能够做出某些预测，而科学家可以使用各种实验来检验（或者当然是反驳）这些预测。最终结果是：经得起实验检验的理论才是好理论，才会被保留。希格斯玻色子已经成为希格斯机制的一大缺陷，也是科学界不承认的主要原因。 2012年对于粒子物理学来说应该是非常重要的一年。经过不断的努力，科学家们终于发现了希格斯玻色子存在的证据。这意味着希格斯机制终于得到验证。这是理论对象科学的重大胜利。那么，在希格斯机制下，希格斯玻色子是如何赋予基本粒子质量的呢？首先我们需要从基本粒子之间的相互作用说起。因为一切都是由基本粒子组成的，而基本粒子又是由自然界四种基本力“粘合”在一起的。

四种基本力是强力、弱力、电磁力和重力。这四种力传递不同大小的相互作用，在此过程中形成大量能量。事实上，它们也是物质大部分能量的来源。例如，强大的核能，原子弹和氢弹的能量，就来自于原子核之间的强烈相互作用。让我们从电磁力开始。电磁力是我们日常生活中最常见的力，除了重力之外，摩擦力、弹力以及各种机械力也都是电磁力。电磁力依靠光子来传递电磁相互作用。通俗地说，原子内的光子被抛向各处，这个过程传递电磁力。不过，这里所指的光子与我们平时所说的光子不同，更准确地说是“虚拟光子”。

强大的力量，即强相互作用。我们现在知道质子和中子不是最小的基本粒子，因为它们各自由三个夸克组成。三个夸克是如何结合的？是胶子承载着强相互作用，将夸克紧紧地束缚在一起。与光子类似，也可以理解为投掷胶子。当你扔出一个胶子时，夸克本身就会改变颜色。这与夸克的独特性质有关，这里不再详细讨论。

同时，这种强大的力还可以束缚两个或多个质子和中子，并且束缚力大于质子之间的排斥力。强大的力量是最强大的基本力量。如果最强的力是1，那么第二强的力只有1/173，最弱的力是重力，只有10的负39次方。重力在我们的生活中无处不在。引力的传播者是引力子。不幸的是，科学家们还没有找到引力子存在的实验证据。

弱力其实很常见，最明显的表现就是核辐射。大家都知道原子是中性的。内部带负电的电子与带正电的质子一样多。然而，随着原子数量的增加，核外的电子变得难以相互结合，导致原子塌缩。一个特定的过程是“衰变”，其中原子核捕获电子并产生质子。在通过夸克改变颜色或反之亦然的过程中，中子放弃电子并变成质子，这个过程需要玻色子来转移能量。

不知道小伙伴们看到这里会作何感想，是不是觉得有点麻烦、烦人呢？科学家们也这么认为。所以他们就想有没有办法统一四大势力。与此同时，仍然存在一些悬而未决的问题：质量是如何产生的？上述四种主要相互作用涉及基本粒子结合形成各种宏观物质的过程。然而，当科学家通过爱因斯坦的质能方程将储存的能量转换为质量时，却发现转换后的质量并不等于物体本身的质量。

例如，一个质子由三个夸克组成，但是当这个能量转换成质量时，剩下的1%显然占了质子质量的99%。它来自夸克本身。 99%的质量很好理解，是用质能公式将能量转化为质量，但是剩下的1%的质量从哪里来呢？换句话说，夸克自身的质量从何而来？在这种情况下，希格斯机制就发挥了作用。希格斯机制的基础是希格斯场。 “场”的概念来自数学家韦尔，也被称为“规范场”，因为科学家希望利用场来统一四大力。规范场概念可以用来描述电磁场，杨-米尔斯理论对规范场进行了微调，使其包含弱相互作用力，从而产生弱力场。物理学家盖尔曼基于杨米尔斯理论并对其进行了调整，使其包含强相互作用，从而产生了胶子场。因此，仅引力子尚未包括在内。目前只有引力被排除而没有统一，引力子还只是一个假设的概念。根据规范场论，物理学家最初认为所有基本粒子都应该没有质量，物质中反映的质量是各种玻色子（即电子、夸克等基本粒子）的费米子，我认为是运动。由于而形成的场。玻色子的运动引起能量的转移，能量可以表现为质量。但问题是玻色子传递的能量仅代表物体质量的99%。如前所述，科学家认识到夸克和电子等费米子也有质量，传递弱力的W和Z也有质量。玻色子也有质量，那么谁给了它们这些质量呢？

科学家推测，在众多的场中，一定存在一些特殊的场，其中某些机制允许某些基本粒子获得质量，而另一些则不能。这种机制就是希格斯机制。

如上所述，2012年科学家在大粒子对撞机中发现了希格斯玻色子存在的证据。对希格斯机制的一般理解如下。宇宙中充满了希格斯场，它就像一片浩瀚的海洋，通常处于最稳定的基态，就像平静的海洋一样。然而，由于海水不断受到随机扰动，扰动后的希格斯场变成激发态，上帝粒子赋予激发希格斯玻色子的基本粒子质量，也称为“上帝粒子”。

简单地说，电子夸克等基本粒子与希格斯玻色子相互作用，相互作用越强，质量越大。光子和胶子等玻色子不与希格斯玻色子相互作用，因此光子和胶子没有质量，只能以光速传播。一般来说，如果希格斯玻色子不存在，所有基本粒子都会以光速飞行，但如果希格斯玻色子存在，许多基本粒子在光速飞行时就会受到希格斯玻色子的影响。斯里兰卡粒子的干扰造成减速，减速过程中质量增加。哪些粒子与希格斯玻色子相互作用以及相互作用的大小与粒子本身的自旋和角动量有关。事实证明，希格斯机制几乎完全解释了质量的起源和本质。

但现实并非如此，人们对质量本质的探索还没有结束。毕竟我们看到的普通物质，恒星物质，只占宇宙的5%。剩下的95% 由暗物质和暗能量组成，科学家对这两者知之甚少。因此，探索仍在继续，关于质量的更多谜团等待着人类。