2025-07-19 新闻动态 121
在日常生活中，我们习惯将体重等同于质量，但在物理学的严谨框架里，体重不过是地球引力作用于物体产生的力，而质量才是物质最本真的属性，如同物质的 “身份证号码”，无论处于地球、月球还是浩瀚宇宙，都始终保持不变。
物理学中，质量被定义为物质的量，通过密度与体积的乘积进行度量。这一定义看似清晰，却难以让普通人直观感受。想象一个由铅和棉花制成的相同体积立方体，尽管二者占据空间相同，但铅块沉甸甸的手感与棉花轻飘飘的质感，生动诠释了质量在宏观世界的具象差异。然而，若将视角投向微观领域，质量的神秘面纱才真正被揭开。
我们熟知的宏观物体，从巍峨的高山到微小的尘埃，都是由微观粒子搭建而成。原子作为物质的基本单元，由原子核与电子构成。电子围绕原子核高速运转，但其质量仅为质子或中子的 1/1836，如同围绕巨轮飞舞的蝴蝶，在原子质量的构成中几乎可以忽略不计。
以氢原子为例，这一宇宙中最古老、最简单的原子，核外电子的质量仅占原子总质量的 1/1837，原子核成为质量的主要承载者。
深入原子核内部，质子与中子构成的微观世界更为精彩。这两种粒子由更小的结构单元 —— 夸克组成。质子由两个上夸克与一个下夸克 “携手”，中子则由两个下夸克与一个上夸克 “并肩”。
当科学家试图通过计算夸克质量总和来推导原子核质量时，却遭遇了令人困惑的谜题：夸克的质量总和竟不足原子核质量的 1%。这如同拼图游戏中缺失了关键的 99 块拼图，质量究竟藏于何处？
答案隐藏在自然界四种基本作用力之一的强相互作用中。在强力、弱力、电磁力与引力的 “宇宙力家族” 里，强力以绝对优势占据强度榜首，是维系原子核稳定的 “隐形之手”。夸克之间通过胶子传递强力，这种传递过程伴随的巨大能量，在爱因斯坦质能方程（E=mc²）的揭示下，与质量产生了奇妙关联。
能量与质量如同宇宙中的孪生兄弟，强相互作用释放的能量实质就是原子核 99% 质量的来源，赋予了物质坚实的质量根基。
然而，探索之旅并未停歇，剩下 1% 的夸克质量同样充满谜团。这需要借助 “上帝粒子”—— 希格斯玻色子来解释。20 世纪 60 年代，彼得・希格斯等科学家大胆假设，宇宙中存在一种无形的 “希格斯场”，如同弥漫在空间中的 “质量迷雾”。
基本粒子在穿越这一特殊场域时，会与之发生耦合作用，如同沾上蜂蜜的小球变得沉重，从而获得质量。而希格斯玻色子则是希格斯场的量子激发态，是验证这一理论的关键证据。
经过半个世纪的不懈追寻，2012 年，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）传来震撼科学界的消息：实验数据中出现了希格斯玻色子的踪迹。这一发现不仅验证了希格斯机制的正确性，也让彼得・希格斯与弗朗索瓦・恩格勒特荣获 2013 年诺贝尔物理学奖。
在希格斯场的作用下，费米子家族的电子、夸克等基本粒子获得质量，拥有了物质的属性；而光子等玻色子由于不与希格斯场耦合，静质量为零，得以以宇宙最快速度 —— 光速在空间中飞驰。
尽管人类对质量的认知已取得重大突破，但微观世界仍有诸多未解之谜。“夸克禁闭” 现象如同神秘的屏障，使得夸克无法单独存在，科学家只能通过间接方式推测其性质。当前，弦理论等前沿理论试图将质量的起源与微观粒子的振动模式相联系，为揭开质量奥秘提供了新的思路。未来，随着量子计算、更强大粒子对撞机等技术的发展，或许我们终将揭开质量的最后一层面纱，深入理解物质构成与宇宙运行的本质规律。
