金策宝 从量子角度理解质量的本质——希格斯场与静质量

提问金策宝，质量到底是什么？

在我们初高中的学习过程中，质量更多的是一个题目中的已知量，或者是根据题目条件来计算得出。更直接一点，在实验中通过天平称量出来，但是质量到底是什么呢？

我们先从日常对质量的感知开始，来拆解看看质量的本质。

一斤猪肉和一斤棉花哪个更重？这是我们曾经屡试不爽的小游戏，用手掂一掂，上秤看一看，就能看到实实在在的数字，这就是我们日常提及的重量。

那么，提问，如果猪肉和棉花到了太空里，飘起来了，放在秤上也读不出数字，重量去哪了？

有的朋友会说，因为引力变了。没错，我们在日常中感知到的重量，正是受到引力的影响，引力大的地方，重量大，引力小的地方，重量小。

而质量不同金策宝，在经典力学框架下，质量不受物体所受引力大小的影响，是物体本身的内在属性，对于一个给定的物体，它是一个固定值(暂且先不谈相对论框架中的质增)。如果质量和物体，或者说物质密不可分，那么我们要先从物质开始看。

(本文会带你从生活常识，到物理实质真正理解质量的本质，虽涉及深刻的物理概念，但保证零基础也能轻松跟上。如果中途需要休息，记得先关注或收藏哦～）

大家知道，物质可以从宏观到微观，拆解为不同维度的构成。比如一滴水，由很多很多水分子构成，每个水分子可以继续拆解为原子，原子由质子，中子和电子组成，质子和中子由更小的粒子夸克组成。

现在我们看似把物质拆的稀碎，不过我要提一个新的问题了，是什么把夸克结合成为质子和中子，是什么把质子和中子变为原子核，又是什么把原子核和电子结合形成原子，还有分子的形成，物质的形成？到底是什么可以让这些分散的粒子聚集，结合，形成了我们熟悉的水，空气，桌椅板凳呢？

首先恭喜大家，我们已经开始看到了量子世界的边边角角，并且初步触及了量子力学。

继续上面的问题，我们知道肯定有某个东西，在帮忙让原子，分子和物质形成，而且这个东西会让不同维度大小的粒子，原子和分子相互关系，形成整体。我们叫做，力，或者说相互作用。

就像是引力把岩石金策宝，海洋和大气聚集在一起形成地球一样，在微观层面也有这样的力帮助形成物质。

在原子核内部主要起作用的是强相互作用力，在形成原子、分子和物质时，主要是电磁力的功劳。

让我们继续往前思考，粒子和力到底是什么？现在，我们需要了解一个绕不过去的概念，场。

场无处不在，粒子是场的激发态，而不同的场之间的交互，赋予粒子各种特性，包括质量。

如果我们对比各种各样的粒子特征，会发现，有的基础粒子是没有静质量的，这正是因为这些粒子不会和特定的场发生相互作用，而这种场我们叫做，希格斯场。

我们可以这样简单理解希格斯场，它像是遍布宇宙的胶水，阻碍粒子的运动，粒子想要动起来，就需要抵抗胶水的粘性，这种阻碍粒子运动的表现叫做惯性，也就是我们所说的获得质量。

粒子与希格斯场的相互作用越大，其获得的质量越大，如果粒子与希格斯场不发生相互作用，那么我们说该粒子没有静质量。

其实这个概念还是挺抽象的，尤其是第一次接触到场的朋友们来说，听起来更像是理论学家的猜想，好像我们可以随便讲一个故事，然后告诉大家说，这就是XXX的起源。这个理论到底成立不成立？

前面我们提到，场无处不在，而粒子是场的激发态，那么希格斯场对应的粒子是什么？现在我们已经观测到这个粒子了吗，如果是的话，这是不是可以侧面验证该理论的正确性？

没错，2012年，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）宣布发现希格斯玻色子，验证了希格斯场理论。

好了，现在我们似乎找到了质量起源的答案：希格斯场赋予了基本粒子静质量。那么，只要把构成物质的所有基础粒子的静质量加起来，就是我们测得的物质总质量了吗？

答案令人震惊：远远不够！

让我们看一个最典型的例子：质子。构成一个质子的三个夸克，它们的静质量总和大约只有 9 MeV/c²。然而，一个质子的实际质量却是 938 MeV/c² ！

上面所探讨的希格斯机制，仅仅解释了那微不足道的 1% ，那么剩下的99%是什么？

给一个小提示，秘密就隐藏在让基础粒子结合成为物质的相互作用里，更具体的说是强相互作用中，下一讲金策宝，我们来看看剩余99%的故事是否更精彩。

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