深度科普：万物都有质量，但是质量到底是怎么来的？

摘要：春节过后，体重秤前的 “哀嚎” 声此起彼伏，人们看着显示屏上跳动的数字，无奈地感叹：“又重了几斤（公斤）！” 然而，大多数人不知道的是，这里使用的 “斤” 或 “公斤（千克）” 虽是标准的质量单位，但日常用体重秤测量并描述为 “质量” 的方式，实则暗藏玄机。

春节过后，体重秤前的 “哀嚎” 声此起彼伏，人们看着显示屏上跳动的数字，无奈地感叹：“又重了几斤（公斤）！” 然而，大多数人不知道的是，这里使用的 “斤” 或 “公斤（千克）” 虽是标准的质量单位，但日常用体重秤测量并描述为 “质量” 的方式，实则暗藏玄机。

严格意义上讲，我们平时站在体重秤上得到的数值，并非自身质量的准确呈现，而是地球对我们引力大小的体现。地球并非完美的均质球体，其内部物质分布不均，在不同位置，引力大小会有所差异。

比如在赤道地区，由于地球自转产生的离心力较大，会抵消一部分引力，使得测量出的 “体重” 数值相对较小；而在两极地区，离心力几乎为零，测量出的 “体重” 数值则更大。以一位在赤道地区体重为 60 公斤的人为例，若他来到两极地区，体重可能会增加约 0.2 公斤。这种差异虽看似微小，却深刻反映出引力与质量测量的复杂关系。

在经典物理学的框架下，质量被定义为物体所含物质的量，是一个恒定不变的属性。

从古希腊哲学家对物质本源的思索，到牛顿在 17 世纪提出万有引力定律和质量的概念，质量一直被视为衡量物体惯性大小的关键物理量，因而也被称作惯性质量。无论物体处于静止还是运动状态，在地球、月球，还是宇宙的其他角落，其惯性质量都不会改变。一个质量为 1 千克的铁球，无论是在地球上自由下落，还是在太空中被轻轻推动，其抵抗运动状态改变的能力始终如一。

不过，20 世纪初爱因斯坦提出的相对论，彻底颠覆了人们对质量的传统认知。爱因斯坦的质能方程 E=mc²（其中 E 代表能量，m 代表质量，c 代表真空中的光速），揭示了质量和能量之间的等价关系，表明两者可以相互转换。

这一理论的提出，打破了经典物理学中质量与能量相互独立的固有观念。在核反应中，我们能直观地看到质能转换的神奇现象。

例如，在太阳内部持续进行的核聚变反应里，氢原子核聚变成氦原子核的过程中，会有一小部分质量转化为能量，以光和热的形式释放到宇宙空间。正是这种质能转换，为太阳提供了源源不断的能量，使其能够持续发光发热数十亿年。

但我们能否就此断言 “质量就是能量” 呢？答案是否定的。这种说法过于简单化，忽略了两者在物理概念和实际表现上的差异。要真正理解质量的本质，我们需要深入微观的量子世界一探究竟。

在量子世界中，万事万物皆由最基本的微观粒子构成。

从这个层面来看，广义上的物体质量包含两个重要部分：一是基本粒子本身所具有的质量，二是基本粒子之间相互作用产生的能量（质量）。我们熟悉的世间万物，从脚下的泥土、身边的桌椅，到我们自身，都是由原子组成的。原子结构如同一个微型的 “小宇宙”，由电子和原子核组成，而原子核又由质子和中子构成，质子和中子则是由夸克 “搭建” 而成。质子包含两个上夸克和一个下夸克，中子包含一个上夸克和两个下夸克。

这些夸克之间通过强相互作用紧密结合在一起，而传递这种强相互作用的 “信使”，便是胶子。值得一提的是，夸克存在 “夸克禁闭” 现象，它们无法单独存在，总是与其他夸克 “抱团”，这也使得人们至今无法直接观察到夸克的 “庐山真面目”。

一个令人困惑的现象引发了科学家们的深入研究：理论上，质子的质量应当等于组成它的三个夸克的质量之和，但实际测量结果却大相径庭。研究发现，三个夸克的质量仅仅只有质子质量的不到 1%，那么另外 99% 的质量究竟从何而来？

粒子标准模型为我们解开了这一谜团，而这一切都与神秘的希格斯场和希格斯粒子密切相关。

希格斯场是一种充满宇宙各个角落的宇宙背景场，它就像是一张无形的 “大网”，弥漫在整个宇宙空间。当胶子（与传递电磁力的光子一样，没有静质量）在夸克之间传递强相互作用时，就如同在人群拥挤的街道上奔跑，会与希格斯场产生相互作用，从而从希格斯场中 “借” 来能量，而这种能量在宏观上就表现为质量。阻碍越大，获得的质量也就越大。

为了证实希格斯场的存在，科学家们踏上了漫长而艰辛的探索之旅。他们意识到，若希格斯场真实存在，那么当它受到激发时，就会产生一种特殊的粒子 —— 希格斯玻色子。

自 20 世纪 60 年代希格斯场理论提出后，全球众多科研机构投入大量人力、物力，建造大型粒子对撞机，试图通过高能粒子碰撞模拟宇宙大爆炸初期的极端条件，从而产生希格斯玻色子。经过几十年的不懈努力，2012 年，欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）终于传来喜讯，科学家们成功观测到希格斯玻色子存在的证据。这一重大发现，不仅证实了希格斯场的存在，也为粒子标准模型补上了关键的最后一块拼图，是人类物理学研究史上的一座重要里程碑。

综上所述，质量虽然在不同的理论体系和测量场景中有不同的表达方式，但从本质上来说，宇宙万物皆由基本粒子构成，物体的质量源于基本粒子自身的质量以及它们之间相互作用产生的质量。对于静质量为零的基本粒子，如光子和胶子，它们可以借助希格斯场获取质量（能量）。