质量:万物的基本属性,究竟是什么?又是如何产生的?

B站影视 电影资讯 2025-09-13 13:52 1

摘要:买水果时,电子秤显示的 “500 克” 是质量;体检时,体重秤上的 “60 公斤”,本质也是质量(日常生活中常将质量与重量混淆,重量是重力的体现,质量才是物体的固有属性)。我们知道质量是万物的基本属性 —— 小到原子、电子,大到地球、恒星,都有质量。但很少有人

提起 “质量”,我们并不陌生。

买水果时,电子秤显示的 “500 克” 是质量;体检时,体重秤上的 “60 公斤”,本质也是质量(日常生活中常将质量与重量混淆,重量是重力的体现,质量才是物体的固有属性)。我们知道质量是万物的基本属性 —— 小到原子、电子,大到地球、恒星,都有质量。但很少有人追问:质量到底是什么?它不是一个抽象的数字,而是让物体 “有分量”“难推动” 的根源,可这种 “根源” 又来自哪里?

在经典物理学中,质量的定义直白却 “表面”。

牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出,质量是 “物体所含物质的多少”,这与我们的直觉一致:一块铁比一团棉花质量大,是因为铁原子的密度更高、数量更多。

同时,牛顿还发现质量有两个关键作用:一是产生重力(质量越大,引力越强,比如地球的质量让我们能站在地面上);二是抵抗运动状态的改变,也就是 “惯性质量”—— 推动一辆卡车比推动一辆自行车难,因为卡车的惯性质量更大。当时的科学家认为,这两种质量是同一属性的不同表现,

但没人能解释:为什么 “所含物质的多少” 会同时具备 “产生引力” 和 “抵抗运动” 的能力?

直到 20 世纪,随着量子力学与粒子物理的发展,人类才开始触及质量的 “本质”。

科学家通过粒子对撞实验发现,构成物质的基本粒子(如夸克、电子),本身的 “裸质量” 其实非常小,甚至有些粒子(如光子)根本没有质量。

可由这些粒子组成的原子、分子,乃至我们身边的物体,却拥有了可观的质量 —— 这说明大部分质量并非来自粒子本身,而是来自粒子之间的相互作用。

这就像一堆零散的乐高积木,单个积木很轻,但当它们通过卡扣拼接成复杂模型时,模型的 “整体质量” 不仅包括积木本身,还隐含了 “拼接结构” 带来的 “凝聚效应”。

在微观世界中,这种 “凝聚效应” 来自一种名为 “强核力” 的相互作用。

构成原子核的质子和中子,都是由夸克组成的;夸克之间通过交换 “胶子” 产生强核力,这种力将夸克紧紧束缚在一起,形成稳定的质子和中子。

而强核力在束缚夸克的过程中,会产生巨大的能量 —— 根据爱因斯坦的质能方程 E=mc²,能量与质量可以相互转化,这些能量便以 “质量” 的形式体现出来。

我们身体的质量、地球的质量,甚至太阳的质量,约 99% 都来自强核力带来的 “能量转化质量”,只有 1% 来自基本粒子本身的质量。

那么,那 1% 的 “基本粒子固有质量” 又从何而来?这个问题困扰了物理学家数十年,直到 “希格斯机制” 的提出,才给出了合理的解释。1964 年,物理学家彼得・希格斯等人预言,宇宙中存在一种名为 “希格斯场” 的特殊场域,就像空气弥漫在房间里一样,希格斯场也弥漫在整个宇宙空间中。

基本粒子在宇宙中运动时,会与希格斯场发生相互作用 —— 就像人在水中行走会受到水的阻力,粒子与希格斯场的相互作用,会让粒子获得 “阻力”,这种 “阻力” 的宏观表现,就是我们所说的 “质量”。

不同粒子与希格斯场的相互作用强度不同,因此拥有不同的质量:电子与希格斯场的相互作用较弱,所以质量很小;夸克的相互作用更强,质量更大;而光子完全不与希格斯场发生相互作用,因此没有质量,能以光速传播。

2012 年,欧洲核子研究中心(CERN)通过大型强子对撞机,成功探测到了希格斯场的 “激发态”—— 希格斯玻色子(又称 “上帝粒子”),这一发现证实了希格斯机制的正确性,也让人类终于明白了基本粒子质量的起源。

值得注意的是,质量的 “本质” 还与引力密切相关。爱因斯坦的广义相对论指出,质量会弯曲时空 —— 就像在柔软的床垫上放一个铅球,铅球会让床垫凹陷;地球的质量也会让周围的时空发生弯曲,月球之所以绕地球运转,正是因为它在弯曲的时空中沿 “最短路径” 运动。这种 “时空弯曲” 的效应,就是我们感受到的重力。因此,质量不仅是物体 “有分量” 的原因,更是塑造宇宙结构、支配天体运动的关键 —— 从地球围绕太阳公转,到星系聚集成团,背后都离不开质量的引力作用。

回顾人类对质量的认知历程,我们从 “直观的物质多少”,逐步深入到 “量子层面的相互作用” 与 “宇宙场域的影响”。质量不再是一个简单的物理量,而是连接微观粒子、宏观物体与宇宙结构的 “桥梁”。它告诉我们:万物的 “分量” 并非凭空而来,而是粒子与场相互作用、能量与质量相互转化的结果;宇宙中的每一个物体,小到一粒尘埃,大到一颗恒星,其质量都是宇宙基本规律的直接体现。

如今,科学家仍在探索质量的更多奥秘 —— 比如暗物质的质量起源(暗物质占宇宙质量的 85%,却不与光发生作用,只能通过引力探测),比如黑洞内部质量的极端状态。这些探索不仅能让我们更深刻地理解 “质量是什么”,更能帮助我们揭开宇宙诞生与演化的终极谜题。或许未来某一天,我们会发现,质量的本质比现在的认知更加奇妙,而这正是科学探索的魅力所在。

来源:宇宙怪谈

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