科学|一口气读懂质量的起源
物理和化学的原点
【科学|一口气读懂质量的起源】回望科学史史上物理和化学的起点 ， 我们会发现 ， 它们都围绕着“质量”这个词展开：
1687年 ， 牛顿发表了著作《自然哲学的数学原理》 ， 在这本著作当中 ， 牛顿从定义“质量”开始 ， 构建起了经典物理学的大厦 。
1777年 ， 拉瓦锡向巴黎科学院提出了一篇论文《燃烧概论》 ， 在这篇论文中 ， 他讲述了自己的金属煅烧实验 ， 并提出了燃烧作用的氧化学说 ， 而在这篇论文中还提到了著名的质量守恒定律 ， 从此化学正式从炼金术的阴影走出来 ， 并开启了科学化之路 。
然而 ， 如果你问牛顿和拉瓦锡：质量到底是什么？
你很难能够得到一个令人满意的答案 。 因为 ， 关于“质量”探索一直伴随着整个科学的发展 ， 一直到近几年才完全尘埃落定 。 那质量到底是什么呢？
微观世界
如果我们把时间推到2000年以前的古希腊世界 ， 当时的古希腊先哲们就在思考：万物的本原到底是什么？
著名的科学哲学之父泰勒斯曾经提出：万物的本源是水 。 这也被认为是科学和哲学的起点 。 泰勒斯也给后来的学者提供了一条从微观世界探索万物本原的路径 。 后来 ， 古希腊哲学集大成者之一的德谟克利特提出：万物的本源是原子和虚空 。 古希腊先哲们受限于观测设备 ， 没能在这条路径上走得更远 。
到了20世纪 ， 当科学发现了微观粒子时 ， 他们想到了德谟克利特的“原子论” 。 于是 ， 就用原子来命名他们发现的微观粒子 。 但实际上 ， 德谟克利特的“原子”和如今的“原子”是两码事 ， 他的“原子”是万物的最小构成的单位 ， 而如今的“原子”还可以继续再分成电子和原子核 。
不过 ， 古希腊先哲的思路是没有错的 。 在探索“质量”的道路上 ， 寻找不可再分的粒子是一个合理的选择 。 上世纪50年代 ， 科学家通过对撞机 ， 发现了许许多多的粒子 ， 它们有的可以再分 ， 而有的不可再分 ， 这也被科学家戏称为：粒子幼儿园 。
那这些粒子的出现也给科学家出了一个难题 ， 如何才能把这些粒子归纳起来 。 在此之前 ， 科学家们就发现了引力和电磁力 。 而随着对原子结构的探索 ， 科学家还发现了强力和弱力 。 要知道 ， 原子核内的质子都是带正电 ， 照理说 ， 根据同种电荷相排斥的原理 ， 质子不太可能会被约束在一个很小的尺度内 。
强力的强度要比电磁力大 ， 是强力把质子束缚在原子核内 。 至于弱力 ， 它的强度很弱 ， 主要发生在原子核衰变的过程当中 ， 它会改变粒子的种类 。 从这里 ， 我们不难发现 ， 牛顿当初对于“力”的定义已经不够用了 。 于是 ， 科学家提出了“作用”一词来取代“力” 。 换句话说 ， 按照目前的物理学观点 ， 万物的基本单位是基本粒子 ， 而各种基本粒子是通过“各种相互作用”来构成万物的 。 目前 ， 我们已知的一共有4种相互作用 ， 分别是强相互作用 ， 弱相互作用 ， 电磁相互作用 ， 引力相互作用 。
那这些“相互作用”又是通过什么来实现的呢？
上世纪50年代 ， 科学家提出了“规范场”理论 ， 试图统一这几种作用 。 在这个理论中 ， “相互作用”是通过“场”来实现的 ， 比如：磁力就是通过磁场来实现的 。 强力和弱力也有相对应的“场” 。 这个理论也被叫做杨米尔斯理论 ， 是由杨振宁和他当时的研究生米尔斯一起提出的 。
后来 ， 盖尔曼等人又完善了这个理论 。 在这个理论中 ， 我们可以把各种“相互作用”看成是把某种粒子扔来扔去的结果 。 强相互作用就是把“胶子”扔来扔去；弱相互作用就是把“W玻色子”和“Z玻色子”扔来扔去；电磁相互作用就是把“光子”扔来扔去 。
质量之谜
在这个理论中 ， 科学家发现 ， 物质质量的99%实际上是来自于强相互作用把夸克束缚在质子和中子所对应的能量 。 根据爱因斯坦的质能等价E=mc^2 ， 质量和能量是等价关系 ， 所以这部分能量是具有质量的 ， 占据了物质总质量的99% 。 那么问题来了 ， 剩余的1%的质量从哪来的呢？
推荐阅读
- 科学|迄今为止地球上速度最快的人造物体是什么，答案是井盖？
- 中华人民共和国商务部 中华人民共和国科学技术部公告
- 科学|章鱼可能不是地球鱼？这是怎么回事？
- 科学|既然所有的生命都要走向灭亡，那生命的意义是什么？
- 科学知识|「图片新闻」兰州市欣欣嘉园社区和倍豪智创科技中心联合开展“探索七彩世界·普及科学知识”实践活动
- 海蒂·拉玛|海蒂·拉玛：好莱坞里的女科学家
- 又一巨星陨落！他这句话激励自己也激励所有人
- 收好|@所有人：读懂税费优惠政策，这个专题要收好
- 十八盘|儿童爬泰山突发不适，五个“铁哥们儿”一口气把他抬上了南天门！
- 环球科学猫|科学家发现2300万年前的“树叶”！给人类提了个醒？