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品質是宇宙萬物的基本屬性,但品質到底是什麼東西?

作者:宇宙怪談

我們經常會稱自己的體重,尤其是對那些愛美的女性來講,更是如此。比如說,你自己的體重為70千克,你有沒有想過,70千克的品質到底是什麼?是什麼讓你擁有了品質呢?

品質是宇宙萬物的基本屬性,但品質到底是什麼東西?

或許有人會說“是地球賦予了我們品質”,這種說法顯然是不對的,而是把因果關系弄反了。是因為我們擁有品質,地球才會對我們有引力,而不是“地球的引力讓我們産生了品質”!

如果我們脫離了地球的引力束縛,來到太空,地球的引力不存在了,品質仍舊存在。

這是因為,品質是宇宙萬物的基本屬性!那麼問題來了,品質到底是什麼?

品質是宇宙萬物的基本屬性,但品質到底是什麼東西?

不要認為這個問題很“無厘頭”,事實上,對于品質本質的研究牽扯到了深刻的宇宙奧秘。

牛頓對于品質的描述很簡單,更容易被我們接受。

牛頓第一定律,也就是慣性定律,這樣描述:任何物體在不受外力作用的情況下,都會一直保持靜止或者勻速直線運動。

牛頓第二定律:物體的加速度與作用力成正比,與品質成反比,用公式表達就是F=ma。

品質是宇宙萬物的基本屬性,但品質到底是什麼東西?

牛頓定律把品質描述成物體的一種實體量,這個量決定了物體在受到外力作用時改變運動狀态的程度,擁有品質的物體會一直保持原有的狀态,直到外力迫使物體改變。

但是,牛頓定律雖然簡單明了,符合我們的日常生活經驗,但并沒有具體解釋品質到底是什麼。

接下來愛因斯坦對品質的描述就更進了一步,他告訴我們品質其實就是能量。

愛因斯坦的相對論體系中,不僅描述了品質就是能量,同時也描述了其他基本概念,包括時間,空間,光,物質,能量等,認為這些實體概念是一體的,都不是孤立的,互相依賴彼此而存在。

說白了,時空中必然有物質存在,而物質也必須依賴時空而存在。

而愛因斯坦對品質本質的描述也很“簡單粗暴”,用著名的質能方程,直擊品質的本質,能量等于品質乘以光速的平方。

品質是宇宙萬物的基本屬性,但品質到底是什麼東西?

原本我們以為品質和能量是兩個風馬牛不相及的兩個實體量,沒想到兩者之間存在着如此密切的關系。

由于光速很大,光速的平方就更大了,這就意味着,即使微不足道的品質也蘊含着超級能量。原子彈和氫彈爆炸時釋放的超級能量就是品質轉化來的(其實這樣說并不太嚴謹,隻是通俗的說法,之後會給出答案)。

愛因斯坦用他的質能方程告訴我們品質與能量是等價的,兩者可以互相轉換,就像是一個東西呈現不同的形式。

很多人對于質能方程的了解也僅此而已,殊不知質能方程中隐藏着更深刻的奧秘。接下來我們繼續分析。

質能方程雖然描述了品質是什麼,但并沒有講清楚品質到底是如何轉換為能量的,能量又是怎麼來的呢?

要弄清楚以上問題的答案,我們需要走進物體組成的最深處,到微觀世界去一探究竟。

上學時我們都學過,萬物都是由原子構成的,實體學家一度認為原子是不可再分的最小單元,不過随着探索的不斷深入,人們發現原子也是由更小微觀粒子構成的。

品質是宇宙萬物的基本屬性,但品質到底是什麼東西?

如今我們知道,原子由原子核和電子構成,原子核由質子和中子構成,而質子和中子都是由三個誇克構成。

誇克和電子在目前的實體學體系下是不可再分的基本粒子。而在粒子對撞機中,實體學家們又發現了很多基本粒子,把所有這些粒子進行分類,建立了粒子标準模型。

品質是宇宙萬物的基本屬性,但品質到底是什麼東西?

有了粒子标準模型,就可以解釋所有這些基本粒子的互相作用,也就是自然界的四種基本作用力,而基本粒子之間的互相作用,就是一個物體絕大部分能量的來源。

都有哪些基本作用力呢?

品質是宇宙萬物的基本屬性,但品質到底是什麼東西?

第一,電磁力。電磁力是我們日常生活中最常見的力,除了引力之外,我們平時感受到的力其實都是電磁力,包括摩擦力,機械力,彈力等等,本質上都是電磁力。電磁力是依靠光子來傳遞的。可以這樣形象了解電磁力的傳遞過程:光子在原子中被扔來扔去。

第二,強力,也被稱為“強互相作用”。中子質子之間,以及誇克與誇克之間,都是通過強力緊緊結合在一起的。可以這樣形象了解強力作用:有一種名叫“膠子”的基本粒子,可以表現為類似膠水的作用,緊緊地把三個誇克粘結在一起,形成中子或者質子,也可以簡單了解為誇克把膠子扔來扔去,在這個過程中誇克自己會變色,具體變成什麼顔色就看誇克的内在屬性了,這裡就不再詳述了。

品質是宇宙萬物的基本屬性,但品質到底是什麼東西?

強力是四大作用力中最強大的力量,這種力量如此強大,以至于能把兩個帶正電的質子也能捆綁在一起,同時也能把三個誇克束縛在一起。強互相作用過程蘊藏了巨大能量,相當于把核子(質子種子)和誇克束縛在一起的束縛能,要想把核子分開,就需要克服巨大的束縛能。同時,要想把兩個核子結合在一起,同樣需要極大的能量,而這種能量其實就是核能。

第三,引力。日常生活中每時每刻都能感受到引力,在粒子标準模型下,引力是靠引力子傳播的,不過引力子還隻是假想概念,目前還沒有找到引力子存在的證據。

第四,弱力,也就是弱互相作用。弱力,最常見的其實就是核輻射。有一種被稱為貝塔衰變的過程,其實就是弱力作用,這個過程需要通過玻色子來傳遞能量。

自然界之是以有物質的存在,就是因為以上四大基本作用力的“粘結和排斥”作用,互相作用過程中就會形成巨大能量,通過愛因斯坦的質能方程,就可以換算成品質。

品質是宇宙萬物的基本屬性,但品質到底是什麼東西?

但是這裡有一個問題,在計算中子質子的品質時,科學家們發現強互相作用形成的能量換算成的品質,占了中子質子品質的99%,剩下的1%品質肯定是誇克自身的品質,這部分品質又來自哪裡呢?

接下來該希格斯機制登場了。

一開始,科學家們認為所有的基本粒子都應該是沒有品質的,但進一步的深入研究表明,電子誇克等基本粒子都是有品質的,它們的品質是怎麼形成的呢?

希格斯機制認為,宇宙中存在一個無處不在的場,也就是希格斯場,電子誇克等費米子在希格斯場中的運動,獲得了品質。具體來講就是,希格斯場的擾動會形成希格斯粒子,又被稱為“上帝粒子”,希格斯粒子會與其中的大部分基本粒子發生互相作用,進而讓原本應該以光速飛行的基本粒子減速,在減速的過程中獲得了品質。

品質是宇宙萬物的基本屬性,但品質到底是什麼東西?

可以這樣形象了解希格斯機制:希格斯場就相當于一片平靜的汪洋大海,而大海受到擾動就會濺起水珠,就相當于希格斯粒子。水珠會對大海裡的物體形成沖擊,讓其發生減速同時獲得一定能量,也就是品質。沖擊越大,品質也就越大。

而光子和膠子這樣的基本粒子并不會與希格斯粒子發生作用,是以光子和膠子始終會以光速飛行,沒有品質(靜品質)。是否與系希格斯粒子發生作用,取決于基本粒子的内在屬性,比如說自旋和角動量等。

品質是宇宙萬物的基本屬性,但品質到底是什麼東西?

其實實體學家希格斯早就預言了希格斯場的存在,但直到2012年,實體學家們才找到了希格斯粒子存在的證據,進而也證明了希格斯場的确存在。而希格斯本人也是以獲得了諾貝爾實體學獎。

總結

品質的本質是能量。品質方程雖然告訴我們品質和能量等價,但能量才是最根本的,而品質隻是能量的具體表現形式而已。

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