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质量的本质是什么?

时间:2020-03-11 12:02:22 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

我上个月写了一篇文章,说力的本质是能量随空间位置变化的强度。今天,让我们谈谈一个与能量、质量密切相关的概念。说到这里,你可能会想到一个人,爱因斯坦

你会想到他著名的公式,E = mc^2,能量等于质量乘以光速的平方公式

表明能量和质量可以相互转化。正如鸡能下蛋一样,蛋也能下蛋。

然后问题出现了,是质量还是能量优先?我告诉你,这个问题不能仅靠相对论,也不能仅靠量子力学来回答。在这篇文章中,我将把相对论和量子力学结合起来给你一个答案。首先必须有能量,然后才有质量。

质量是物体惯性的大小

让我们来谈谈质量是什么

质量的概念从小就被每个人所理解。当你给一公斤米时,我当然不能只给你五两。但是当我们买蔬菜时,我们说的是“重量”,而不是“质量”当称一个物体时,我们利用它所受到的万有引力。

我的大学老师曾经说过,量子力学不能讨论重力,所以如果我们想讨论质量,我们必须首先排除重力的影响。如何排除

?我国发射的天宫一号宇宙飞船上漂浮着一切,即处于失重状态,不包括重力。

然后我们可以讨论质量如果你在天宫一号推一瓶水,你会发现它很轻。但是如果你抓起一个装满书的大盒子,它肯定会带你一起走。

你可能还记得你在高中学到的一个概念,叫做惯性。

你可以理解这是一个不愿意改变运动状态的物体的属性,质量越大,它越不愿意改变,惯性越大。

你看,当失重发生时,重力的作用等于零,但物体的质量仍然不同。

你可能已经听到了我所说的质量,即物体的惯性。用物理学的话说,这叫做惯性质量图

:牛顿

在牛顿时代,物理学家知道质量和惯性是等价的

,当时他们认为质量是不变的。

直到爱因斯坦时代,物理学家才开始意识到质量和能量可以相互转化,比如后来的原子弹

质量是静态能量

但能量分为两种类型,一种是动能,即物体运动时获得的能量。你可以把它理解为运动的能量。相应地,还有另一种静态能量,叫做势能。

质量是由哪种能量转换而来的?我们必须首先排除动能。

为什么?因为动能与物体的运动有关,所以它与物体的速度有关。但是我们知道物体的速度不是一个恒定的概念,而是取决于你选择的参照系。

例如,一只鸟撞碎了飞机玻璃上的一条裂缝。如果以飞行员为参照系,那就是鸟的动能太大,玻璃破裂了。

但是如果以地面为参照系,鸟不可能比飞机飞得更快,或者飞机的动能更大,所以应该怪飞机本身打破了窗户。你看,不管动能是大还是小,根本没有特定的点,这取决于你选择的参照系。

但是我们也知道,不管参考系是飞行员还是地面,鸟的质量都是一样的。惯性质量是物质的固有属性,不会随着参照系而改变。

,所以我们所说的能转化为质量的能量是指不随参照系变化的能量。不是动能,只能是势能。如果你把这些知识和量子力学结合起来,你会发现质量的本质是一种势能。

以你在健身房见过的那种张紧器为例。

拉具中间的弹簧会将两个手柄拉在一起。如果你用手使劲拉,弹簧会变长,它的弹性势能会增加。理论上,

将提高拉料器的质量。但平时我们并不这样认为,因为附加质量相对较小,我们无法实现它。

但是进入量子世界,情况就不同了。

的物理学家发现,原子核中的质子由三个质量为938毫电子伏的较小粒子夸克组成这个MeV实际上是量子力学中的能量单位。物理学家直接用能量来测量质量。

,但奇怪的事情发生了。另一个粒子也是由相同的三个夸克组成,称为△+粒子。可以说,构成它们的夸克种类和数量都是一样的,那么这两个粒子的质量应该是一样的吗?

结果物理学家发现它的质量为1232兆电子伏,远远高于质子的938兆电子伏这是怎么回事?原来△+粒子只是物理学家给它起的名字,它本质上是一个具有更高势能的质子。

相当于三个夸克本身没有改变,但是三个夸克之间的弹簧被拉得更开,质量大大增加这位物理学家起初不认识它,给它取了另一个名字。后来物理学家还发现,许多所谓的“新粒子”实际上是其他粒子的高能态。他们的基本构成是一样的,但他们的素质不同。

都表明质量可以从势能转化。

质量中包含的势能来源于基本相互作用

。我们现在已经确定了质量和势能之间的转换关系。谁是第一个?在达到质量之前,必须有潜在的能量。

用一句话解释了基本的相互作用产生势能,并转化为质量。让我详细解释一下。

在我们的世界里有四种基本的相互作用:强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用

这些相互作用就像四种包含势能的弹簧。因此,这四种基本的相互作用对物质的质量有不同程度的贡献。

,其中强相互作用贡献最大。它贡献了你所见物质质量的近99%。它有什么贡献?

2年,018年,密歇根州立大学的物理学家杨一博和其他人用计算机算出了细节。

这些详细的名词很难理解,例如以下;

强相互作用的贡献从大到小依次为:胶子能量、夸克能量、量子异常、夸克凝聚

很难理解,但无论如何,我们已经知道99%的质量来自哪里。

剩下的三种基本相互作用力,虽然也包含势能和对质量的贡献,但它们贡献太少,甚至许多科普书籍在谈到质量时都没有提到它们

那么剩下的1%质量来自哪里?

的1%也是由相互作用产生的势能贡献的,因为这种相互作用的唯一表达是为基本粒子提供质量,所以物理学家给它起了一个特殊的名字,希格斯机制。

希格斯是2013年获得诺贝尔物理学奖的老人。

希格斯机制是如何给粒子质量的?就像当一辆车掉进水里,你会发现车门太重而无法推动,就像水给车门增加了额外的重量一样。当

赋予粒子质量时,希格斯机制就像水一样起作用它充满了整个空间,但它是透明的,不可见的

其中,我们会觉得,原来很轻很轻的东西,变得很重,很难移动,变得像是有质量

简而言之,如果我们按照贡献质量排队,那么强相互作用是第一个,希格斯机制是第二个。但是如果你从底部到顶部排队,那么希格斯机制就赢了

,因为希格斯机制赋予基本粒子质量,而强相互作用赋予更复杂的粒子质量

在这里写道。如果你对科学了解更多,你必须知道光子没有质量。为什么?为什么希格斯机制对光子没有影响?

实际上是使光子无质量的希格斯机制让我简要解释一下,希格斯机制有一个方向。这个方向的粒子受到它的影响,质量增加。

不在这个方向上的粒子没有质量,除非它们受到它的作用。光子不在这个方向,所以它没有质量。

当然,我上面写的实际上解释了宇宙中5%的物质。除了我们知道的这些物质,还有暗物质,它占宇宙的26%。我们不知道质量的来源

留下了宇宙中69%的暗能量。不管它有没有质量,我们也不清楚它的能量来源。

实际上甚至在我们知道的5%物质中,我们还没有完全理解它。例如,我们不知道中微子的质量来自哪里。

科学就是这样,总是承认你知道多少,不知道多少我们从不声称科学可以解释一切。然而,越来越多的现象可以用科学来解释。在

之前,有些人总是说一个人死后,质量会瞬间减少21克,所以灵魂的重量是21克。

但是如果你理解了质量的本质,你就会知道质量是由能量转化而来的,这个理论有很多漏洞。

您能想到哪些漏洞?欢迎在下面的评论区留言,并与大家分享您的答案。

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