萬物都有品質,但是品質到底是如何產生的呢?
更新于:2025-03-26 14:34:53

我們常常會關注自己的體重,尤其對於愛美人士而言,他們非常在意體重的變化。你知道你的體重是多少嗎?在日常生活中,我們通常用斤來衡量體重,例如,如果你的體重是100斤,這裡的“斤”實際上是質量的單位。然而,這種測量方式並不嚴謹,因為我們測量的實際上是地球對我們施加的引力,而不是我們的真實品質。由於地球引力在不同地點會略有變化,因此在不同地方測量體重會得到不同的結果,但這並不意味著你的品質真的改變了,只是受力有所不同。

在物理學中,品質指的是物體所具有的物品質,它在任何情況下都保持不變。此外,品質也可以被定義為慣性品質,即衡量一個物體慣性大小的物理量。不過,這些對品質的定義常常顯得模糊而抽象,一直以來我們沒有明確的答案。直到愛因斯坦的相對論出現,這才讓我們對質量的本質有了更深入的理解。通過質能方程,愛因斯坦揭示了品質和能量是可以互換的,兩者就像一枚硬幣的兩個面。

那麼,品質是否就是能量?從科普角度來看,可以這麼說。但深入探討下去,這個問題還蘊藏著更深層次的奧秘。要真正理解什麼是品質,首先需要了解品質是如何產生的。已知宇宙間的一切都是由基本粒子構成的,那麼巨集觀物體的品質應等同於構成它的微觀粒子的品質總和。例如,人是由原子組成,原子又由原子核和電子組成,而原子核由質子和中子構成,質子和中子則是由誇克組成的。質子由兩個上誇克和一個下誇克構成,中子則相反。誇克之間通過膠子傳遞的強相互作用力緊密結合在一起,類似膠水的作用。

有趣的是,雖然質子或中子的質量應該等於其組成誇克的總品質,但科學家發現三者的總品質僅占質子品質的1%。這就像將一塊大石頭分成三塊小石頭,按理講其總品質應相等,但實際上三塊小石頭的品質總和僅佔大石頭的1%。那麼剩下的99%的質量哪裡去了呢?

答案在於誇克之間強相互作用形成的“束縛能”。這種強大的能量不僅限於誇克間,核子間也存在相似的“束縛能”,而這一能量是核能的來源,如核聚變過程中釋放出的巨大能量,其本質即核子之間的“束縛能”。根據愛因斯坦的質能方程,能量可以表現為品質。換句話說,我們99%的質量其實是由於強相互作用帶來的能量產生的。

那麼,那剩餘的1%質量來自哪裡呢?這與希格斯場和希格斯粒子有關。希格斯場是宇宙的背景場,遍佈宇宙各處。基本粒子如電子和誇克通過與希格斯粒子相互作用獲得品質。粒子與希格斯粒子作用會導致減速,在此過程中獲得品質。因此,希格斯粒子被稱為“上帝粒子”。

舉個例子:想像你在街上奔跑。如果你是普通人,跑起來暢通無阻,但如果你是一個超級明星,會被粉絲圍住,這阻礙了你前進,最終“增加”了你的“品質”。同樣,光子和胶子等粒子不与希格斯场作用,因此它們始終以光速運動。

還有一個額外的話題:那些基本粒子,如電子和光子,究竟由什麼構成呢?目前,科學界認為它們是不可分割的基本粒子,實際上,它們可以被視為“能量包”。在量子場論中,宇宙充滿了各類場,當這些場從基態受到擾動就轉為激發態,從而形成粒子。例如,當電磁場從基態受到擾動時,會產生光子,傳遞電磁波。整體而言,宇宙的本質是能量,而品質僅是能量的一種表現形式。