世紀難題：萬物都有質量，但物體的質量到底是如何產生的？

冒昧問一句，你最近一次稱體重是在什么時候？屏幕前的你或許會笑著回避這個 “敏感話題”，畢竟剛見面就追問體重，確實顯得有些唐突。

但今天，我們必須打破這份 “社交默契”—— 因為體重背后隱藏的 “質量”，正是困擾了物理學家數百年的世紀難題。

如果你也曾好奇 “為什么我會有這樣的體重”“質量到底是從哪里來的”，那么接下來的內容，將帶你觸摸這個問題最接近真相的答案?，F在，準備好開啟一場穿越微觀世界與宇宙規律的探索之旅了嗎？

在物理學課堂上，質量是我們最早接觸的核心概念之一。

通過公式 m (質量)=ρ(密度)×V (體積)，我們能輕松計算出一塊石頭、一杯水甚至一個蘋果的質量。而在日常生活中，體重秤更是將 “質量” 具象化 —— 我們站在秤上看到的數字，本質上就是地球引力作用下，身體質量的直觀體現。

不過，對 “質量” 的科學定義，最早要追溯到物理學家牛頓。他在《自然哲學的數學原理》中明確寫道：“物質的量是起源于同一物質的密度和大小聯合起來的一種度量?！?這個定義在當時看似完美，卻隨著科學的進步逐漸顯露出局限性。科學家們發現，牛頓的描述只解釋了 “如何測量質量”，卻沒有回答 “質量的本質是什么”—— 這個問題，一困擾就是數百年。

要揭開質量的本質，首先要弄明白 “物質是由什么構成的”。

我們都知道，人體由細胞組成，細胞由分子構成，分子又由原子組合而成。但原子并非物質的 “終點”：它的中心是原子核，周圍環繞著核外電子，而原子核本身，還能拆分成質子和中子。

有趣的是，在原子內部，質量分布極不均衡。以最簡單的氫原子為例，核外電子的質量僅占整個原子質量的 1/1837，剩下的 99.9% 以上的質量，都集中在原子核的質子（氫原子無中子）中。這意味著，原子核是物質質量的核心載體。

但科學家們進一步拆解質子和中子后，卻發現了一個更令人困惑的現象：質子和中子是由更小的 “夸克” 組成的，可所有夸克的質量加起來，僅占原子核總質量的 1%。那剩下的 99% 質量，究竟去哪兒了？這就像買了一個 100 斤的西瓜，切開后卻發現果肉只有 1 斤，剩下的 99 斤仿佛憑空消失 —— 這個 “質量失蹤案”，成了物理學界的一大難題。

要破解 “質量失蹤案”，我們需要先認識自然界的四種基本作用力：強相互作用力、弱相互作用力、電磁力和引力。其中，強相互作用力是宇宙中最強大的力，它的威力遠超我們的想象。

你可能從未想過，原子核內的質子和中子能穩定共存，背后其實藏著一場 “力量博弈”。質子帶正電，根據電磁力的規律，同種電荷會相互排斥 —— 如果沒有其他力量束縛，質子早就會被 “彈” 出原子核，原子也會隨之瓦解。

而強相互作用力的作用，就是像 “膠水” 一樣，將質子和中子牢牢粘在原子核內，甚至能克服電磁力的排斥力，維持原子核的穩定。

但強相互作用力與質量的關系，遠不止 “粘合” 這么簡單。既然質子和中子由夸克組成，強相互作用力自然也作用在夸克之間 —— 而這種作用力的本質，是通過傳遞 “膠子” 實現的，過程中會釋放出巨大的能量。

這時，愛因斯坦的質能方程 E=mc2 就成了關鍵。這個方程告訴我們，能量（E）和質量（m）是等價的，只要有足夠大的能量，就能轉化為對應的質量。強相互作用力在束縛夸克時釋放的能量，正是以 “質量” 的形式體現出來 —— 這就解釋了原子核中 99% 的質量來源：它們并非來自夸克本身，而是強相互作用力的能量轉化而來。

至此，“質量失蹤案” 終于告破：物體 99% 的質量，源于強相互作用力束縛夸克的能量；剩下的 1%，則來自夸克、電子等微觀粒子本身的質量。

解決了 99% 的質量來源，新的問題又隨之而來：夸克、電子這些微觀粒子的質量，又是從哪里來的？要回答這個問題，我們需要引入一個更抽象但至關重要的概念 ——“場”。

在物理學中，“場” 是一種看不見、摸不著但真實存在的物質。比如，引力通過 “引力場” 傳遞，電磁力通過 “電磁場” 傳遞?？茖W家們曾提出 “規范場理論”，試圖用一套統一的規則描述電磁力、弱相互作用力和強相互作用力 —— 這套理論成功解釋了三種力的作用機制，卻有一個致命缺陷：無法解釋 “基本粒子為什么會有質量”。

按照規范場理論，傳遞作用力的粒子（如傳遞電磁力的光子、傳遞強相互作用力的膠子）應該沒有質量，可傳遞弱相互作用力的 “W 玻色子” 和 “Z 玻色子” 卻有質量；同時，電子、夸克等粒子的質量來源，也完全無法用這套理論解釋。甚至有物理學家質疑：難道規范場理論錯了？

直到 “希格斯機制” 的提出，這個難題才得以解決?？茖W家們假設，宇宙中存在一種遍布整個空間的 “希格斯場”，它就像一片無形的 “海洋”，所有微觀粒子都會與它發生相互作用 —— 而這種相互作用，正是粒子質量的來源。

我們可以用一個生動的比喻理解希格斯機制：把希格斯場想象成一個熱鬧的廣場，廣場上的人群就是希格斯場的 “基本單元”。當一個普通人（對應光子）穿過廣場時，人群不會特意關注他，他能輕松快速地走過，所以光子沒有質量，能以光速傳播；但如果是一位明星（對應電子、夸克）穿過廣場，粉絲（希格斯場單元）會圍上來互動，明星的行走速度會變慢 —— 這個 “被阻礙的過程”，就是粒子獲得質量的過程。

明星的人氣越高，被圍堵得越厲害，行走速度越慢；同理，粒子與希格斯場的相互作用越強，獲得的質量就越大。這就完美解釋了為什么不同粒子的質量不同：因為它們與希格斯場的 “互動強度” 不同。

當然，希格斯機制最初只是一個假設，直到 2012 年，歐洲核子研究中心通過大型強子對撞機，發現了希格斯場的 “產物”—— 希格斯玻色子（又稱 “上帝粒子”），才最終證明了希格斯機制的正確性，也補上了規范場理論的最后一塊拼圖。

至此，人類終于解開了 “質量之謎”。我們可以用一句話總結萬物質量的來源：

99% 的質量：來自強相互作用力束縛夸克時，能量轉化而成的質量；

1% 的質量：來自夸克、電子等微觀粒子與希格斯場相互作用，獲得的質量。

從體重秤上的數字，到原子內部的夸克，再到遍布宇宙的希格斯場，質量的本質跨越了宏觀與微觀，連接了日常生活與宇宙規律。或許下次你站在體重秤前，會想起：你身體的每一斤重量，都是宇宙基本作用力與希格斯場共同作用的結果 —— 這，就是你與宇宙的 “深度綁定”。