Question

物体为什么会有质量？质量从何而来？

Answer 1

日常生活中，人们通常会将质量和重量等加起来，在物理学上，这是两种不同的概念，因为物体的重量来自于重力，在表面重力不同的星球上，同一个物体的重量也会发生改变，例如物体在月球上的重量仅为地球上的六分之一，另外，当宇航员前往太空中，绕地球做自由落体运动后，他们会处于失重状态，在国际单位制中，重量用牛顿（N）来表示。

而今，随着人类科学的发展，我们对微观世界也拥有了一个全新的认识，当科学家们将物体一分再分后，最终发现了组成物质的最小微粒的是原子，它是由更基本的粒子组成，万物99%的质量来自于强相互作用束缚夸克的能量，1%的质量来自于希格斯场赋予粒子的质量，从理论上来看，基本粒子的质量应该都是0，比如，夸克和电子，它们都属于基本粒子，那么，问题究竟出在哪里？

想要证明这些，还需进行实验观测，人们可以通过观测希格斯场的产物希格斯玻色子来证明，人们应当如何理解希格斯机制？我们可以将希格斯场比喻成一个广场，倘若有一名路人甲在人群中走过，你会发现没有人会在意他，但是，如果有一位大明星在人群中走过，他就会被粉丝们堵住，如若是超级天王。

那么，无疑会有更多的粉丝围观，光子在希格斯场中就类似于在广场上穿过的路人甲，它能保持自身原来的速度穿过，也就是光速，而电子、夸克等离子则属于大明星，所以当它们通过希格斯场时，就会被“拦截”，致使，速度有所减慢，并且获得了质量，质量越大的粒子如同广场中人气很高的明星，围观的人越多，速度也就越慢，因此，质量也就越大，物体为什么会有质量，质量从何而来？

研究这一问题，就需要用到大型强子对撞机，2012年7月物理学领域中，出现了一项重大发现，即欧洲核子研究中心发现了一种新的玻色子，并在2013年确定了这个新的玻色子就是希格斯玻色子，从而证明了希格斯机制是可信的，故而补充上了规范场中最后的一块拼图，由此，物理学家们终于解开了困扰人类40多年的谜团，也就是粒子为何会有质量。

当下，我们的宇宙充满了恒星、星系、气体、尘埃以及许多其它在早期宇宙中，因能量过低而不存在的物质，从遥远的快速旋转的脉冲星，到地球上的一草一木，在宇宙这个大舞台上，孕育了各种奇异而美丽的物质形式，但是当我们刨根问底的时候，却发现，这一切的一切，竟然都仅仅是由三种基本粒子构成，即电子、上夸克和下夸克，它们以各种方式混合在一起，最终形成了现有的每一个原子。

有趣的是，这三种粒子并非故事的全部，它们仅仅是三代物质粒子中的第一代，夸克和轻子都属于费米子，它们均可被划分为三代，每一代物质粒子都比前一代更加的重，由于第二代和第三代粒子的不稳定性，因此，它们会迅速的转变成更轻的版本，所以，宇宙中没有这两代粒子形成的奇异恒星或奇花异草，1967年11月20日，史蒂芬温伯格在物理评论快报上发表的一篇标志性的论文，也就是《轻子模型》。

为高能粒子物理学在20世纪后半叶的发展指明了方向，可以说，是标准模型的设计者之一、现年87岁的诺贝尔奖得主史蒂芬温伯格重新唤起了大家对这个谜团的思考，论文中提到，粒子质量的一种有趣模式或许能引领未来的研究方向，假设电子的质量为1，那么τ子（陶子）的质量大约是电子的3000倍，而顶夸克的质量则约为电子的340000倍，当物理学家审视到这些数值时，人们发现了一种有趣的规律，即第三代粒子都重达数千兆电子伏特，第二代粒子都重达数百兆电子伏特，而第一代粒子都只有约一兆电子伏特，从第三代到第一代，粒子的质量以指数级变轻。

事实上，标准模型中的粒子质量与弥漫在宇宙中的希格斯场也有关联，粒子与希格斯场的作用越强，就会获得越高的质量，如最重的顶夸克在穿过希格斯场时，会“感受”到强烈的阻力，如同一只苍蝇被粘在了蜂蜜里，而轻便的电子，在希格斯场中，会犹如蝴蝶般轻快地飞舞在空中，每种粒子对场的感受都是这种粒子本身的一个内在属性。

虽说希格斯玻色子可以通过自身自发的对称性破缺，来赋予基本粒子质量，但是这种机制不适用于所有的基本粒子，就拿希格斯玻色子来说，它无法赋予自己质量，除此之外，它也不能赋予暗物质质量，鉴于人类无法观测到暗物质，只能通过暗物质体现出来的引力来猜想暗物质。