质量这个在我们日常生活中司空见惯、似乎无需多加解释的概念，实际远比表面看起来复杂得多。对于大多数人而言，质量不过是物体「重」的表现形式，工程师们则习惯于把它作为计算和设计中的一个参数，仿佛它的存在天经地义，不值得深究。但当我们认真探讨「质量」究竟是什么时，背后的问题比想象中要深邃得多。你可能会想：「质量不就是物体固有的属性吗？」这种看法似乎理所当然。然而，当你深入思考时，这个问题远没有那么简单。平常我们所谈论的体重，其实更多是地球引力作用的结果，而非质量的本质体现。那么，质量到底是什么呢？它又从何而来呢？
事实上，尽管科学家们已经为这个问题奋斗了数个世纪，质量的真正起源仍然笼罩在迷雾之中。即便是站在现代科学前沿，我们依旧无法给出明确的答案。2012年，欧洲核子研究中心宣布，经过大量实验，他们在大型强子对撞机中发现了希格斯玻色子，也被称为「上帝粒子」。这个发现为我们揭示了一个令人震撼的事实：在宇宙中，存在着一种我们看不见、摸不着的神秘场——希格斯场。宇宙并不是空无一物的虚空，而是被看不见的量子场填满。这些量子场如同无形的薄膜，将我们所知的一切包裹其中。科学家们认为，正是希格斯场赋予了粒子质量。本期内容我们就来聊聊这个话题。
1687年， 牛顿发表了著名的【自然哲学的数学原理】， 这部名垂青史的巨著，不仅开启了现代科学的序幕，也为后世的物理学发展提供了牢固的框架。在书的第一部分，牛顿对各种物理量进行了定义，其中尤为重要的是他对质量的定义。根据牛顿第二定律，质量描述了物体的惯性，或一个物体抵抗运动状态变化的能力。简言之，质量越大，改变其运动状态就越困难，这便是我们所说的惯性质量。牛顿对质量的描述虽然直观，却仍然较为抽象，未能触及其本质。随着物理学的发展，科学家们开始探索质量背后更深层的含义。20世纪初，爱因斯坦通过他的狭义相对论为质量提供了更为具体的解释。他提出，质量的本质实际上是能量。爱因斯坦著名的质能方程 E=mc2已经家喻户晓，它揭示了质量与能量之间的等效关系：质量和能量可以视为同一事物的两种表现形式。
从这个角度来看，质量并不独立存在，而是能量的另一种体现。打个比方，质量就像能量的「固态」形态，能量则是其「流动」形态。无论是静止的物体还是运动的粒子，它们的质量都源自内部所包含的能量。当能量被「压缩」或「固化」时，就表现为我们所测量的质量。因此，我们所认知的世界，不论是日常生活中看到的物体，还是遥远星空中的天体，本质上都不过是能量的不同形态。然而，无论是我们熟悉的惯性质量，还是与重力相关的引力质量，这些都只是质量的表象，未能触及其真正的本质。要想揭开质量之谜，许多人自然会想到，或许只需找到物质的最小单位，看看这些基本粒子是如何获得质量的，这个问题就可以迎刃而解了。
我们都知道，日常所见的宏观物体都是由微观粒子组成的。万物由原子构成，原子则由电子和原子核构成。原子核内部又包含质子和中子。在这之中，原子的绝大部分质量都来自原子核，而电子的质量相对微小，可以几乎忽略不计。电子作为一种基本粒子，已经无法再进一步分割，其质量源于粒子自身。而质子和中子则不同，它们并非基本粒子，而是由更小的基本粒子——夸克组成。看似简单的问题在这里变得复杂起来。按理说，质子和中子的质量应该等于它们内部夸克质量的总和。然而，科学家们通过实验发现，夸克的质量加起来还不到整个原子核质量的1%。这就引发了一个耐人寻味的问题：剩下的99%的质量到底去了哪里？虽然人类已经能够找到最小的基本粒子，但「质量之谜」依旧未解。
这是因为，单单找到这些基本粒子还不足以彻底揭开质量的本质。我们常说的夸克和电子，虽然是物质最基本的单元，但它们的质量并非源自粒子本身，而是与基本力密切相关。要真正破解质量之谜，不仅需要探究基本粒子，还需要了解支配这些粒子的基本力是如何产生的。科学家们发现，维持原子内部稳定的基本力主要有三种：第一种是电磁力，它让电子在原子核周围运行；第二种是弱核力，它导致中微子从原子核中射出，是放射性衰变的重要机制；第三种是强核力，它将夸克紧密束缚在一起，形成质子和中子。根据爱因斯坦的质能等效原理，能量与质量可以相互转换。强核力以巨大的能量把夸克牢牢捆绑在一起，这部分能量等价于质子和中子99%的质量。因此，质子和中子的大部分质量并非来源于夸克本身，而是来源于这些强相互作用产生的能量。
虽然这一发现揭示了绝大部分质量的来源，但剩下的1%却成了科学家们最为头疼的问题。根据标准模型的理论，基本粒子的静止质量应该为零，也就是说，夸克和电子等基本粒子本身不应该有质量。那么，这1%的质量到底从何而来呢？就在科学界陷入困境的时候， 一位关键人物 杨振宁 登场了。他有着一个宏大的愿望，希望能够找到一个统一电磁力、弱核力和强核力的公式。于是，1954年，杨振宁和米尔斯发表了杨米尔斯规范场理论，这是一个划时代的理论。然而，这个理论却带来了一個惊人的问题：所有的粒子都是没有质量。这可把物理学家们吓了一跳。如果粒子没有质量，那就意味着整个世界都没有质量，这完全不符合我们的观察。于是，他们提出了一個新的假设：宇宙中一定还存在着某种我们不知道的「场」，这个「场」可以和粒子发生作用，赋予粒子不同的质量。
这个理论被称为希格斯机制，而赋予粒子质量的「场」叫做希格斯场。那么，科学家们如何确定希格斯场的存在呢？答案就在于「希格斯粒子」。希格斯粒子又被称为「上帝粒子」，是希格斯场受到激发扰动形成的。2012年，科学家终于发现了希格斯粒子的存在。证实了 质量是希格斯场赋予某些粒子的产物。 但并不是所有的微观粒子都会与希格斯场发生作用。比如说，光子就不会受到希格斯场的影响， 然而，质量的谜团依然远未彻底破解。尽管我们已经理解了强相互作用与希格斯场在质量形成中的重要角色，这仍然只是质量的一种表象。我们对质量的理解，就像打开了一扇通向未知世界的大门，背后等待解开的谜团，依然充满无限可能。 对此，你们怎么认为呢？ 欢迎大家踊跃讨论，感谢大家观看，我是探索宇宙，我们下期再见。
