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通俗科普:质量到底是怎么产生的?了解质量的本质此文足矣

时间:2023-08-11来源:网络作者:小白

这个问题是粒子物理中一个非常主要的问题,遗憾的是到目前为止我们也无法完美地回答这个问题,对于这个问题的研究有助于我们理解基本粒子之间的相互作用。

化学电:通俗科普:质量到底是如何产生的?了解质量的本质此文足矣

根据目前的观测,宇宙中的物质可以分为两类:普通物质和暗物质。前者可以通过电磁手段观测,后者不能通过电磁手段观测。本文重要介绍目前人类比较熟悉的普通物质的质量起源。

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普通物质的质量重要来源于两个部分:希格斯机制和强相互作用。实际上,物质通过希格斯机制获得的质量占可见物质总质量不到5%,也就是说,强相互作用提供了宇宙中可见物质大部分质量的来源。下面具体说明一下。

1、质子质量来源

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宇宙中可见物质的质量重要集中于其中的核子,而核子包括质子和中子,原子核就是由质子和中子构成的,质子带一个正电荷,中子不带电。根据夸克模型,质子是由两个u夸克和一个d夸克构成的,而中子是由一个u夸克 上夸克和两个d夸克 下夸克构成的。

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根据实验现象分析发现u夸克和d夸克的质量区别为3MeV和5MeV,但是在标准模型中,理论要求费米子没有质量的,比如说电子以及此处的u夸克和d夸克。为了解释理论和实验的不符,希格斯提出了著名的希格斯机制,通过引入希格斯粒子,通过希格斯粒子与费米子的相互作用赋予费米子额外的质量。当然我们都知道在2012年希格斯粒子在粒子对撞机上被发现,也由此证明了希格斯机制的正确性。

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夸克中由希格斯机制提供的质量叫做流质量。上文说了,质子是由两个u夸克和一个d夸克组成的,而实验发现质子的质量大约为1000MeV,显然,夸克自身的流质量对质子质量的贡献几乎是可以忽视不计的,那么质子的质量到底是怎么产生的?

2、质能关系

要想解释这部分多出来的质量,我们首先要研究一下质能关系。相信很多人都知道爱因斯坦的质能公式:

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但实际上这个公式并不是完整的,完整的公式是能动量关系:

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当粒子的动量为零时就变为上一个式子。但是如果把这个式子理解成“能量和质量是可以相互转化的”是非常狭义的。应该这么去理解这个式子:能量是粒子的一个属性,而能量可以有两种表现形式,一种是运动能,即动量,另一种是静止能,即质量。这两种表现形式是可以转化的。

举个例子来说明。有两个相同的没有静止质量的粒子以光速对撞,形成一个新的粒子,根据动量守恒可知,这个新的粒子的动量为零,再根据能量守恒:

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可知新粒子的质量为:

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所以可以看到,没有质量的粒子也可以形成有静止质量的粒子。上文提到,能量的表现形式是可以转换的,因此,由其它因素提供的能量也可以通过质量表现出来。假设一个没有质量的粒子在一个势场V,假设通过某种机制能使得这部分能量以质量表现出来,即

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这样粒子也可以获得一个质量。因此,通过质能公式这样一个关系,我们是有希望通过一定的作用机制使得小质量或者无质量的粒子获得一定的质量。

3、强相互作用与量子色动力学

类比描述带电粒子相互作用的理论量子电动力学,科学前辈们用量子色动力学 QCD描述夸克之间的强相互作用力。强相互作用存在于夸克之间 以及由夸克构成的强子之间,是目前已知的最强的相互作用力,因此,夸克之间的作用力实际上是非常强的,通过第二节分析我们可以期望如此强的相互作用力对应着非常高的能量,而这部分能量或许会通过某种机制以质量的形式表现出来。

当粒子能量非常高时,用QCD能非常好的描述实验现象,但是遗憾的是,由于数学上的困难,目前 人们还无法用QCD完整的解释低能量下的现象,其中就包括质子的质量。不过,经过这么多年的实验和理论,人们还是发现了低能下QCD的两个主要的现象,并能在一定程度上做出解释:

夸克禁闭。在低能下夸克只能相互结合以 强子的形式出现,而不能独立出现自由运动;

手征对称性自发破缺。这个机制直接对应于质子质量的来源。通过分析介子谱可以发现,由π介子的质量远远小于其它介子。对这个现象做出的合理解释就是QCD中的手征对称性自发破缺,其结果就是夸克获得了一个额外的动力学质量330MeV,再根据Goldstone定理,每一种连续对称性的破缺都会产生零质量的玻色子,此处即为π介子 π介子实际具有一个小的质量130MeV,这是因为夸克的质量并不严格为零。计算表明,如果夸克的质量严格为零,则π介子的质量也会严格为零 。

换句话说,宇宙中可见物质的质量几乎全部来源于QCD的手征对称性自发破缺!不过,同样很遗憾,这只是实验观测结果,到目前为止我们还是无法从QCD中直接计算出这个结果!

4、最终

开始的时候也提到了,宇宙超过96%的质量集中在暗物质,上文中分析的质量本来只占了不到4%。但是目前人们对暗物质性质知之甚少,对其组成成分的质量也不知道,对于暗物质是什么 ,目前也有几种推测,比如说惰性中微子或者轴子等,但是也都仅仅是推测,并没有什么明确的证据。

可以看到,虽然物理学已经进展了数百年,量子力学和相对论的建立也都是百年左右,但是对于质量这种非常基本的物理量,我们几乎没有能力给予完美解释。不过,挑战与机遇并存,正是因为还无法解释这些现象,未来才需要我们不断地努力。探索和研究,本就是物理之美的一部分!

不同年份属鸡人2025运势分化:69鸡稳财,81鸡遇贵人,93鸡防小人

2025年为乙巳蛇年,天干乙木、地支巳火,属鸡人遇“巳酉半合火局”,整体运势平稳无冲克,但不同出生年份的属鸡人因命理根基不同,运势呈现明显分化态势。其中1969年、1981年、1993年属鸡人作为职场与生活的核心群体,运势差异尤为显著,具体解析如下: 1969年己酉鸡:稳字当头,财运扎实但防婚变 1969年属鸡人在2025年得合太岁助力,整体运势以“稳”为核心,事业与财运形成良性循环。职场中,尤其是技术岗从业者,凭借多年积累的经验与专业能力,不仅能稳定发挥实力,还可能获得额外奖金或股份加持,成为同龄群体中的运势翘楚。财运方面正财稳健,无论是薪资收入还是经营收益,均比去年有明显提升,之前存在的金钱纠纷也有望在今年彻底化解,卸下债务压力后财运更趋顺畅。 需重点防范的是两大风险:一是凶星“官符”与“五鬼”带来的破财隐患,可能出现贵重物品丢失、投资失利或电信诈骗等情况,建议规避高风险投资,不与人合伙开店,必要时可将财政大权交由家人打理;二是婚姻关系的波动,中年夫妻易因琐事产生误会,若长期冷战可能引发婚姻危机,需及时沟通化解,避免情绪积累发酵。生活中保持低调处事,不居功自傲,多提拔年轻同事巩固人脉,可为运势再加一层保障。 1981年辛酉鸡:贵人加持,运势升级伴健康警示 2025年对1981年属鸡人而言是“转运升级年”,最大亮点在于强劲的贵人运。经过多年历练,本年度属鸡人的责任心显著增强,为人处世更趋谦逊稳重,这种转变恰好契合贵人相助的契机——无论是职场中的重要决策,还是生活里的棘手难题,都能得到属牛、属蛇等属相贵人的提点与扶持。事业上借助贵人脉资源,有望突破瓶颈,之前心高气傲或花钱大手大脚的问题也会在贵人影响下逐步改善,为长期发展奠定基础。 财运随事业同步提升,正财稳步增长,偏财也有意外惊喜,对市场的敏锐度与风险把控能力增强,合理分散投资可获得可观回报。健康方面需重点关注心血管问题,因工作压力增大,应酬频次可能增加,建议严格控制烟酒摄入,保持饮食清淡,避免熬夜透支身体。感情上,已婚者需多陪伴伴侣,通过庆祝纪念日、赠送暖心礼物等方式增进感情;单身者可借助贵人介绍结识优质异性,交往中注重考察人品,循序渐进推进关系。 1993年癸酉鸡:势头强劲,防小人搅局是关键 1993年属鸡人作为受合太岁影响最明显的群体,2025年整体运势强劲,事业与财运均呈上升态势。职场中充满激情,个人能力得以充分施展,晋升机会增多,收入也会随之上涨,除了稳定的正财,还可能通过副业、兼职等获得偏门财,尽管需要付出较多精力,但回报十分可观。学习运同样亮眼,若有备考职业资格证书的计划,本年度成功率较高,可为后续职业发展增添筹码。 运势虽旺,但“小人作祟”是最大阻碍。93年属鸡人性格直率、事业心强,容易引来同事或同行的嫉妒,可能出现被抢功劳、遭流言中伤等情况,尤其在7月和11月需格外谨慎。建议职场中保持低调,不轻易暴露核心计划,与同事相处留有余地,避免卷入是非纷争;面对他人的恶意中伤,不必过度纠缠,专注自身发展便是最好的回应。感情上需清理过往遗留的烂桃花,单身者分手要干脆利落,情侣间需相互信任,避免因小人挑拨产生误会;健康方面重点关注情绪管理,避免争强好胜带来的内耗,可通过运动、冥想等方式释放压力。 不同年份属鸡人2025开运共性建议 1. 人际方面:多与属牛、属蛇人交往,借助三合贵人运势提升助力;日常待人接物保持谦逊,避免高调张扬引来不必要的麻烦。 2. 财运方面:坚持开源节流,不盲目攀比消费,投资遵循“分散风险”原则,远离高风险项目与偏门财。 3. 健康方面:普遍需注重情绪管理,减少内耗,属鸡人争强好胜的性格易引发健康问题,可通过散步、慢跑、游泳等运动调节身心。 4. 感情方面:已婚者多体谅伴侣,注重仪式感促进感情升温;单身者谨慎择友,避免陷入烂桃花纠葛。 2025年“巳酉半合”为属鸡人带来整体向好的运势基底,不同年份属鸡人只需把握自身运势特点,扬长避短、精准应对,就能在新的一年里收获顺遂与成长。你的身边有这三个年份的属鸡人吗?欢迎留言分享他们的运势故事!

被称为“滑翔壁虎”!云南发现我国第二种伞虎亚属物种“盈江伞虎”

9月11日,据云南德宏发布消息,近日,国际知名期刊《Herpetologica》发表中国科研团队关于伞虎新物种的研究成果,将在盈江发现的新伞虎正式命名为盈江伞虎。这是继版纳伞虎之后,我国发现的第二种伞虎亚属物种,为云南“生物多样性宝库”再添标志性新成员。 盈江伞虎 伞虎,隶属于有鳞目壁虎科壁虎属伞虎亚属,是一类极具生态适应性的树栖爬行动物。这类动物最显著的特征是拥有扁平的尾部,体侧及四肢周围发达的翼膜状皮肤皱褶,且指趾间具宽大蹼膜——这些特化结构赋予它们在雨林树冠层间灵活滑翔的能力,因此也被称为“滑翔壁虎”,是自然界中“拟态与运动适应”协同进化的典型代表。由于其特殊的生活习性,野外调查中难以发觉,以至于我国在2016年才首次记录有伞虎分布。 盈江伞虎的发现,始于一次偶然的观测。2022年6月,盈江县观鸟协会理事长曾祥乐在盈江县石梯村区域首次发现该物种,当时这只亚成体雌性伞虎正栖息于树干之上,其体色与树皮完美融合,展现出极强的伪装能力。这一发现随即引起科研界关注,中国科学院昆明动物研究所车静研究员团队迅速介入,联合云南铜壁关省级自然保护区等单位开启系统性研究。 盈江伞虎 此后3年间,科研团队先后开展多次实地科考,采集标本并进行细致的形态学观测与分子遗传学分析。通过对比盈江伞虎与已知伞虎物种的18项关键形态指标——包括吻肛长、尾部皮瓣数量、前臂前缘皮瓣位置、背部横纹特征等,结合线粒体ND2基因片段的系统发育分析,科研人员最终确认:盈江伞虎与版纳伞虎虽互为姐妹群,但二者在前肢腕部的皮膜形态、尾节形态和色斑上存在明显不同,线粒体遗传差异更达到了9%。 值得关注的是,盈江伞虎的发现,首次将伞虎亚属的已知分布北界进一步拓展,成为目前该亚属中分布最北的物种。 此次发现,是中国科学院昆明动物研究所联合地方保护机构、民间科研力量协同攻关的成果,体现了“科研机构+基层保护+公众参与”生物多样性调查模式的有效性。盈江伞虎的命名与发表,进一步印证了我国西南边境地区物种多样性的独特价值,再次凸显该区域在生物多样性保护中的重要地位。返回搜狐,查看更多
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