质量是物体的属性怎么理解(质量是什么物理)

你现在体重多少?

春节过后,很多人会测量自己的体重,发现体重又增加了几斤(公斤)。

这里的斤或者公斤(千克)都是质量单位。但事实上这种对质量的测量描述方式并不严谨。

严格来讲,我们平时测量的并不是我们自身的体重质量,我们测量到的只是地球对我们的引力大小。

质量是物体的属性怎么理解(质量是什么物理)

这就意味着在地球的不同位置测量,你会得到不同的体重,因为地球不同的位置引力并不完全相同,还有地球离心力也会对测量结果完成很大影响,而地球不同位置的离心力也不尽相同。

经典物理学认为,物体的质量指的是物体的量,是一个恒定值。

同时,质量也是衡量物体惯性大小的物理量,所以也被称为惯性质量。

不过爱因斯坦对于质量的本质有着不同的看法。

爱因斯坦的质能方程告诉我们,质量和能量是等价的,两者可以相互转换。

质量是物体的属性怎么理解(质量是什么物理)

那么我们是不是可以说质量其实就是能量呢?

很多人会这样说,到其实这种说法并不严谨。

我们需要弄清楚质量的本质,质量到底是如何产生的?

万事万物都是由最基本的微观粒子组成的,所以,从量子世界来看,广义上的物体质量指的是基本粒子拥有的质量,以及这些基本粒子之间的相互作用而产生的能量(质量)。

质量是物体的属性怎么理解(质量是什么物理)

我们都知道,万物都是由原子组成的,而原子由电子和原子核组成,原子核又是由质子和中子组成,而质子和中子是由夸克组成的。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。不同的夸克之间通过强相互作用结合在一起,通过胶子传播这种强相互作用。夸克并不能单独存在,必须和其他夸克一起存在,由于夸克禁闭,人们也无法观察到夸克。

理论上,质子的质量应该等于三个夸克的质量,但实际上并不是这样,而且相差很大。三个夸克的质量仅仅只有质子质量的不到1%,为何会有如此大的差异?另外的99%的质量到底是如何产生的?

粒子标准模型告诉了我们答案,而这一切需要从希格斯场和希格斯粒子说起。

质量是物体的属性怎么理解(质量是什么物理)

简单讲,夸克之间传递强相互作用的胶子并没有质量(与传递电磁力的光子一样,没有静质量),但是在传递强相互作用的过程中,胶子可以从希格斯场“借”来能量(质量)。

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希格斯场,简单来讲就是充满宇宙每个角落的宇宙背景场,希格斯场可以让胶子(光子也是一样)在传递强力的过程中获得能量(质量)。

举个通俗的例子,这就像你在人群拥挤的奔跑,肯定会受到一定的阻碍,阻碍程度越高,你获得的质量就越大。

质量是物体的属性怎么理解(质量是什么物理)

那么科学家如何确定希格斯场的存在呢?

需要寻找希格斯玻色子,一种希格斯场受到激发后的粒子。幸运的是,经过几十年的努力,科学家终于通过大型粒子对撞机找到了希格斯玻色子,从而证实了希格斯场的存在。

总结一下,质量虽然有不同的表达方式,但本质上宇宙万物都是由最基本的粒子构成的,而物体的质量包含两个方面:基本粒子的质量,基本粒子之间的相互作用产生的质量。

平时我们所说的静质量为零的基本粒子,比如说光子和胶子等,可以通过希格斯场获取质量(能量)。通俗地讲,光子和胶子静质量为零,但它们都拥有动质量!

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