倘若有人问你:“你的体重从何而来?” 你或许会打趣道:“吃出来的呗!” 但要是向科学家抛出这一问题,他们大概率会提及 “希格斯场” 这个专业词汇。



在不少科普作品里,希格斯场常被视作质量之源。可事实上,希格斯场仅为宇宙中极其微小一部分质量负责,而我们的体重实则源自另一种奇妙的现象。

希格斯场的概念诞生于 20 世纪 60 年代。那时,物理学家们提出了 “电弱统一理论”,试图将电磁力与弱核力合二为一。这两种看似迥异的力,实则是同一种基本力的不同表现形式,就如同水能够以液态、固态(冰)或气态(水蒸气)的形式存在。



然而,这一理论存在一个关键缺陷:它推断所有亚原子粒子都应是 “无质量” 的。

显然,这一推断与实际情况相悖。为化解这一难题,物理学家们假定了一种能量场 —— 希格斯场。希格斯场能够赋予某些粒子质量,这一机制成功挽救了电弱理论。后来,人们发现了希格斯玻色子,它还被形象地称为 “上帝粒子”。2012 年,欧洲核子研究中心(CERN)的实验首次直接观测到希格斯玻色子,这一成果证实了希格斯场的存在,也验证了电弱统一理论。

诚然,希格斯场确实为一些粒子赋予了质量,例如电子以及质子和中子的组成部分 —— 夸克。所以,我们常常听闻 “希格斯场让我们拥有质量” 这样的说法。但这仅仅是整个故事的冰山一角。



为了深入探寻其中奥秘,不妨以一位体重 70 千克的人为例。从化学角度来看,人体的质量由组成人体的分子所决定,这些分子的总质量恰好是 70 千克。然而,进一步探究就会发现,分子由原子构成,而原子内部包含质子、中子和电子。

在原子中,质子和中子的质量占据绝对优势,电子的质量则微乎其微,仅约为质子或中子质量的 0.05%。这就意味着,人体的大部分重量源于原子核中的质子和中子。

现在,让我们把目光聚焦到质子和中子本身。每个质子和中子都由三颗夸克组成。那么,三颗夸克的质量总和是否就等于质子或中子的总质量呢?令人意想不到的是,答案是否定的!倘若将人体内所有夸克的质量相加,大约仅为 3 千克左右。

那么,剩下的 67 千克的质量究竟从何而来呢?



这一问题的答案就隐藏在爱因斯坦著名的质能方程:E = mc² 之中。根据这一方程,能量与质量是等价的。尽管夸克本身的质量极小,但它们在质子和中子内部以极高的速度运动,这种高速运动产生了巨大的动能。依据质能方程,这些动能能够直接转化为质量。

此外,夸克之间通过强相互作用力(也就是强核力)相互束缚,而这种力同样是巨大的能量源泉。

简单来说,质子和中子的质量主要来源于两个方面:一是夸克高速运动的动能,二是夸克之间强核力的 “束缚能”。这两部分能量相加,便构成了我们所观测到的大部分质量。换言之,我们的质量实际上是由能量构成的,而非传统意义上的 “物质”。

这一理论无疑颠覆了我们对物质的传统认知。在日常生活中,我们总是习惯性地认为物质是由 “实实在在的东西” 组成的。然而,科学却揭示出物质的本质其实是能量。

打个比方,这就如同一个被极度紧绷的弹簧,其中储存了海量的能量。质子和中子中的能量正是以这种极为紧凑的方式储存着。倘若将这些能量释放出来,其产生的影响将是极其惊人的,这也正是核反应具有强大威力的原因所在。

科学常常促使我们重新审视 “现实” 的真正含义。从 “质量” 这一常见的物理量出发,我们意外地发现了一个充满奇迹的微观世界。原来,我们并非由传统意义上的 “物质” 构成,而是由能量所构成。

换句话说,我们自身就是能量的一种存在形式。当你再次低头审视自己的身体时,或许会以一种全新的视角来看待它。

ad1 webp
ad2 webp
ad1 webp
ad2 webp