你被能量弄成：关于质量从哪里来的奇怪真相

“一个人的质量不是以我们正常认为它的方式的‘物质’组成，而是我们的质量被能量弄成” 。

HARD SCIENCE — NOVEMBER 25, 2024

Don Lincoln

Credit: Pexels

关键要点

•虽然希格斯场给一些粒子如电子和夸克质量，但它对宇宙的整体质量贡献是很小的。

•一个人的大部分质量来自将它们把持在一起的内部质子和中子的快速移动的夸克和强力的能量，如被爱因斯坦的质能等效方程描述的一样。

•物质不是由传统意义上的“物质”组成而是根本上能量，揭示质量和现实的本质比它看起来远更奇怪。

如果我问你你的质量来自哪里，你的答案可能涉及一个多吃一两块松饼。然而如果我问一个科学爱好者同样的问题，我将希望来听质量的真正起源来自一种叫希格斯场的物理现象。虽然这种说法往往被在科普故事中见到但原来是这毕竟不是真的。真的希格斯场对宇宙的质量贡献很小。现实是更有趣的。

首先，让我们深掘为什么科学媒体声称希格斯场给物体质量。

希格斯场

希格斯场是一种被在20世纪60年代设计的理论，为一种来拯救当时流行的另一个理论的创可贴。物理学家已经设计了一种两种已知的量子力——电磁力和弱核力——实际上是一种单一支撑力电弱力的两种表现（电磁学负责电、磁、光和大部分化学而弱核力负责某些形式的辐射）的理论。

以远像我们知道冰和蒸汽只是水的不同形式一样的方式，这两种看似不同的力只是观察同一东西的不同方式。对这种新的统一力有一个问题——它预测了所有亚原子粒子有零质量。早在20世纪30年代这一说法就被知道是伪的，因此电弱理论可能在它被诞生后不久已经死掉。然而在20世纪60年代中期，一群物理学家提出了一种能量场——现在叫希格斯场——给了一些粒子质量但对其他粒子不给。

希格斯场理论预测了一种叫希格斯玻色子的粒子的存在，被一些科学记者往往叫“上帝粒子”。希格斯玻色子于2012年被工作在欧洲核子研究中心实验室的研究人员发现。随着希格斯玻色子的发现，电弱理论被验证。

希格斯场给一些亚原子粒子质量是真实的，例如像我们熟悉的电子以及一类被发现在质子和中子内部的叫“夸克”的粒子。因为这一事实，记者和科学爱好者说希格斯场给我们质量。

是什么赋予我们质量呢？

然而，尽管希格斯理论的成功但原来是这一说法是不真实的。我们能通过询问一个体重200磅的人的质量来自哪里说明这个。如果你问一个化学家他们会说这个人的质量来自组成他们的分子。而如果你称量这些分子，你确实发现它们称重200磅。

更深入挖掘，我们能问组成这些分子的原子的质量是什么？当你称量它们时你再次发现200磅。

在原子内部是被发现在原子中心的质子和中子以及涡旋绕着外围的一个电子云。质子和中子的重量大致相同，而电子是轻重量的，重量约为质子和中子质量的0.05%。因此我们能忽略电子并集中在质子和中子上。当你把它们的质量加起来时你得到199.9磅（电子有0.1磅）。

到这个点上，一个人的质量被发现在他们被组成的亚原子粒子中，然而这是宇宙向我们抛出一个曲线球的地方。每个质子和中子包含三个更小的叫夸克的粒子。因此人们会期望如果你把夸克的质量加起来你会得到现在无聊的数字200磅。

但这不是你发现的。如果你把所有在我们200磅重的人中的夸克的质量加起来，你发现夸克重约为4磅。

如此其他的196磅来自哪里呢？这就是事情变得有趣的地方。正如往往真的一样，答案被发现在爱因斯坦著名的方程E=mc^2中。这个方程式说能量和质量是相等的。这如何帮助呢？

原来是在每个质子和中子内部，夸克都正在以非常高的速度运动，真的这些速度能接近光速。非常高的速度意味着非常高的能量，而按照爱因斯坦非常高的能量意味着很高的质量。然而这个故事有更多的。

质子和中子是非常微小的球，跨度约为千万亿分之一米。如果质子被由在那个微小体积内暴怒快的夸克组成，一定有把它们把持在一起的相等暴怒的力。强力也能意味着高能量，就像一个非常紧的弓比一个松散的弓有更多的能量一样。

你能把在质子和中子内部的夸克的运动能量和容纳能量加起来，当你这样做时你发现一个人的质量不是由我们正常认为关于它的“物质”组成，而是我们的质量由能量弄成。事实上，所有物质都被能量弄成。以一种（非常松散的真实方式），伪科学的超自然群体是对的：我们都是能量。

现在，人们能对伪科学的说法走得太远，而这往往发生。但我们的质量只不过是被不可想象的力把持在一起的微小亚原子粒子的疯狂运动的想法给我们一种思考物质和能量的非常不同的方式。科学再一次已经教了我们，现实是比我们想象的远更奇怪的。

https://bigthink.com/hard-science/youre-made-of-energy-the-strange-truth-about-where-mass-comes-from/