質量的本質是什麼？
2023-04-01 01:54:37
我上個月寫了一篇文章，說力的本質是能量隨空間位置變化的強度。今天，讓我們談談一個與能量、質量密切相關的概念。說到這裡，你可能會想到一個人，愛因斯坦。
你會想到他著名的公式，E = mc^2，能量等於質量乘以光速的平方公式
表明能量和質量可以相互轉化。正如雞能下蛋一樣，蛋也能下蛋。
然後問題出現了，是質量還是能量優先？我告訴你，這個問題不能僅靠相對論，也不能僅靠量子力學來回答。在這篇文章中，我將把相對論和量子力學結合起來給你一個答案。首先必須有能量，然後才有質量。
質量是物體慣性的大小
讓我們來談談質量是什麼
質量的概念從小就被每個人所理解。當你給一公斤米時，我當然不能只給你五兩。但是當我們買蔬菜時，我們說的是「重量」，而不是「質量」當稱一個物體時，我們利用它所受到的萬有引力。
我的大學老師曾經說過，量子力學不能討論重力，所以如果我們想討論質量，我們必須首先排除重力的影響。如何排除
？我國發射的天宮一號宇宙飛船上漂浮著一切，即處於失重狀態，不包括重力。
然後我們可以討論質量如果你在天宮一號推一瓶水，你會發現它很輕。但是如果你抓起一個裝滿書的大盒子，它肯定會帶你一起走。
你可能還記得你在高中學到的一個概念，叫做慣性。
你可以理解這是一個不願意改變運動狀態的物體的屬性，質量越大，它越不願意改變，慣性越大。
你看，當失重發生時，重力的作用等於零，但物體的質量仍然不同。
你可能已經聽到了我所說的質量，即物體的慣性。用物理學的話說，這叫做慣性質量圖
:牛頓
在牛頓時代，物理學家知道質量和慣性是等價的
，當時他們認為質量是不變的。
直到愛因斯坦時代，物理學家才開始意識到質量和能量可以相互轉化，比如後來的原子彈
質量是靜態能量
但能量分為兩種類型，一種是動能，即物體運動時獲得的能量。你可以把它理解為運動的能量。相應地，還有另一種靜態能量，叫做勢能。
質量是由哪種能量轉換而來的？我們必須首先排除動能。
為什麼？因為動能與物體的運動有關，所以它與物體的速度有關。但是我們知道物體的速度不是一個恆定的概念，而是取決於你選擇的參照系。
例如，一隻鳥撞碎了飛機玻璃上的一條裂縫。如果以飛行員為參照系，那就是鳥的動能太大，玻璃破裂了。
但是如果以地面為參照系，鳥不可能比飛機飛得更快，或者飛機的動能更大，所以應該怪飛機本身打破了窗戶。你看，不管動能是大還是小，根本沒有特定的點，這取決於你選擇的參照系。
但是我們也知道，不管參考系是飛行員還是地面，鳥的質量都是一樣的。慣性質量是物質的固有屬性，不會隨著參照系而改變。
，所以我們所說的能轉化為質量的能量是指不隨參照系變化的能量。不是動能，只能是勢能。如果你把這些知識和量子力學結合起來，你會發現質量的本質是一種勢能。
以你在健身房見過的那種張緊器為例。
拉具中間的彈簧會將兩個手柄拉在一起。如果你用手使勁拉，彈簧會變長，它的彈性勢能會增加。理論上，
將提高拉料器的質量。但平時我們並不這樣認為，因為附加質量相對較小，我們無法實現它。
但是進入量子世界，情況就不同了。
的物理學家發現，原子核中的質子由三個質量為938毫電子伏的較小粒子夸克組成這個MeV實際上是量子力學中的能量單位。物理學家直接用能量來測量質量。
，但奇怪的事情發生了。另一個粒子也是由相同的三個夸克組成，稱為△+粒子。可以說，構成它們的夸克種類和數量都是一樣的，那麼這兩個粒子的質量應該是一樣的嗎？
結果物理學家發現它的質量為1232兆電子伏，遠遠高於質子的938兆電子伏這是怎麼回事？原來△+粒子只是物理學家給它起的名字，它本質上是一個具有更高勢能的質子。
相當於三個夸克本身沒有改變，但是三個夸克之間的彈簧被拉得更開，質量大大增加這位物理學家起初不認識它，給它取了另一個名字。後來物理學家還發現，許多所謂的「新粒子」實際上是其他粒子的高能態。他們的基本構成是一樣的，但他們的素質不同。
都表明質量可以從勢能轉化。
質量中包含的勢能來源於基本相互作用
。我們現在已經確定了質量和勢能之間的轉換關係。誰是第一個？在達到質量之前，必須有潛在的能量。
用一句話解釋了基本的相互作用產生勢能，並轉化為質量。讓我詳細解釋一下。
在我們的世界裡有四種基本的相互作用:強相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用
這些相互作用就像四種包含勢能的彈簧。因此，這四種基本的相互作用對物質的質量有不同程度的貢獻。
，其中強相互作用貢獻最大。它貢獻了你所見物質質量的近99%。它有什麼貢獻？
2年，018年，密西根州立大學的物理學家楊一博和其他人用計算機算出了細節。
這些詳細的名詞很難理解，例如以下；
強相互作用的貢獻從大到小依次為:膠子能量、夸克能量、量子異常、夸克凝聚
很難理解，但無論如何，我們已經知道99%的質量來自哪裡。
剩下的三種基本相互作用力，雖然也包含勢能和對質量的貢獻，但它們貢獻太少，甚至許多科普書籍在談到質量時都沒有提到它們
那麼剩下的1%質量來自哪裡？
的1%也是由相互作用產生的勢能貢獻的，因為這種相互作用的唯一表達是為基本粒子提供質量，所以物理學家給它起了一個特殊的名字，希格斯機制。
希格斯是2013年獲得諾貝爾物理學獎的老人。
希格斯機制是如何給粒子質量的？就像當一輛車掉進水裡，你會發現車門太重而無法推動，就像水給車門增加了額外的重量一樣。當
賦予粒子質量時，希格斯機制就像水一樣起作用它充滿了整個空間，但它是透明的，不可見的
其中，我們會覺得，原來很輕很輕的東西，變得很重，很難移動，變得像是有質量
簡而言之，如果我們按照貢獻質量排隊，那麼強相互作用是第一個，希格斯機制是第二個。但是如果你從底部到頂部排隊，那麼希格斯機制就贏了
，因為希格斯機制賦予基本粒子質量，而強相互作用賦予更複雜的粒子質量
在這裡寫道。如果你對科學了解更多，你必須知道光子沒有質量。為什麼？為什麼希格斯機制對光子沒有影響？
實際上是使光子無質量的希格斯機制讓我簡要解釋一下，希格斯機制有一個方向。這個方向的粒子受到它的影響，質量增加。
不在這個方向上的粒子沒有質量，除非它們受到它的作用。光子不在這個方向，所以它沒有質量。
當然，我上面寫的實際上解釋了宇宙中5%的物質。除了我們知道的這些物質，還有暗物質，它佔宇宙的26%。我們不知道質量的來源
留下了宇宙中69%的暗能量。不管它有沒有質量，我們也不清楚它的能量來源。
實際上甚至在我們知道的5%物質中，我們還沒有完全理解它。例如，我們不知道中微子的質量來自哪裡。
科學就是這樣，總是承認你知道多少，不知道多少我們從不聲稱科學可以解釋一切。然而，越來越多的現象可以用科學來解釋。在
之前，有些人總是說一個人死後，質量會瞬間減少21克，所以靈魂的重量是21克。
但是如果你理解了質量的本質，你就會知道質量是由能量轉化而來的，這個理論有很多漏洞。
您能想到哪些漏洞？歡迎在下面的評論區留言，並與大家分享您的答案。
