我們都知道，宇宙萬物都有質(zhì)量，那么萬物的質(zhì)量到底是怎么來的？到底是什么賦予了萬物質(zhì)量？

首先，我們需要了解到底什么是質(zhì)量。

牛頓第二定律是這樣定義質(zhì)量的：物體的加速度與其受到的外力成正比，而質(zhì)量就是其中的比例系數(shù)。

同時，牛頓在萬有引力定律公式中，也是公式是的比例系數(shù)，是兩個物體之間的引力與距離平方的倒數(shù)之比。

這兩種對于質(zhì)量的定義，其實(shí)就是大家熟悉的“慣性質(zhì)量”和“引力質(zhì)量”。

而另外一個偉大的物理學(xué)家愛因斯坦提出了更深刻的“等效原理”，認(rèn)為慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量是等價的。正是通過等效原理，引力可以在局域被“消除”掉，從狹義相對論中的慣性系擴(kuò)展到所有的參照系，因?yàn)橐梢栽诰钟虻刃槟硞€物體處于非慣性參照系里。這里就不再詳細(xì)展開講述了。

愛因斯坦還提出了偉大的引力場方程，這個方程可以讓我們以幾何圖像的方式了解引力，同時用數(shù)學(xué)語言描述質(zhì)量是如何彎曲時空的。質(zhì)量可以讓時空彎曲的理論也在1919年被證實(shí)，科學(xué)家們觀察到光線經(jīng)過太陽附近時會發(fā)生彎曲。

講到這里，很多小伙伴或許也感覺到了：你講的質(zhì)量頂多也只能算是質(zhì)量產(chǎn)生的物理效應(yīng)，比如說慣性還有時空彎曲等，但并沒有涉及質(zhì)量的任何本質(zhì)啊。

確實(shí)，無論是牛頓第二定律，還是愛因斯坦提出的時空彎曲效果等，都沒有從根上詮釋質(zhì)量的來源。由于萬物都是由基本的微觀粒子組成的，所以，要想對質(zhì)量追根溯源，我們需要走進(jìn)微觀世界，從微觀粒子著手。

對于“質(zhì)量的本質(zhì)，質(zhì)量到底從哪來的”這樣的問題，其實(shí)理論物理學(xué)家很早就開始研究了，從基本粒子的質(zhì)量問題開始研究。

1983年，物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了W和Z兩種玻色子，都是規(guī)范玻色子，按道理講，這兩種規(guī)范玻色子應(yīng)該是沒有質(zhì)量的。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，W和Z兩種玻色子不僅有質(zhì)量，而且質(zhì)量還相當(dāng)大。

作為粒子物理學(xué)匯總的基本理論，規(guī)范理論認(rèn)為規(guī)范粒子就不應(yīng)該有質(zhì)量，而如今發(fā)現(xiàn)了W和Z兩種玻色子確實(shí)有質(zhì)量，那么，是不是意味著規(guī)范理論存在問題呢？如果存在問題，與之有關(guān)的所有物理理論都要被推翻，這是當(dāng)時的物理學(xué)界不愿意看到的。

好在通過之后的深入探索，科學(xué)家們注意到，早在W和Z玻色子被發(fā)現(xiàn)的幾十年之前，科學(xué)界就曾經(jīng)提出過一個機(jī)制，名叫“希格斯機(jī)制”，在該機(jī)制下可以賦予規(guī)范粒子質(zhì)量，同時還可以賦予像電子夸克這種基本粒子質(zhì)量。

也就是說，W和Z玻色子的質(zhì)量來源可以用希格斯機(jī)制來詮釋，不用推翻規(guī)范理論。

但是，雖然希格斯機(jī)制看起來很巧妙，但由于缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，一直備受質(zhì)疑。為什么？

因?yàn)橄８袼箼C(jī)制要想成立，就需要存在一種新的粒子：希格斯粒子（后來也被稱為“上帝粒子”），而其他微觀粒子的質(zhì)量都是希格斯粒子賦予的。但是科學(xué)家們在實(shí)驗(yàn)中并沒有發(fā)現(xiàn)希格斯粒子存在的證據(jù)。

科學(xué)是相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，需要大膽假設(shè)，但更需要假設(shè)之后的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所有的科學(xué)理論都必須以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，否則再漂亮再完美的理論都不是完備的理論，都不能得到科學(xué)界的認(rèn)可。

同時，一個好的理論還必須能做出一定的預(yù)言，然后科學(xué)家們能夠用各種實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證（當(dāng)然也可能否定）預(yù)言。最后的結(jié)果就是：能夠經(jīng)得起實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的理論才是好理論，才會被保留下來。

而希格斯粒子就成了希格斯機(jī)制的一大缺陷，也是科學(xué)界一直不承認(rèn)希格斯機(jī)制的主要原因。

時間來到2012年，這一年對于粒子物理學(xué)來講注定是非常重要的一年，因?yàn)榭茖W(xué)家們通過不斷努力，終于找到了希格斯粒子存在的證據(jù)，意味著希格斯機(jī)制終于被驗(yàn)證，這對于理論物體學(xué)來講是一大勝利。

那么希格斯機(jī)制下，希格斯粒子是如何賦予基本粒子質(zhì)量呢？

首先我們需要從基本粒子之間的相互作用力開始說起，因?yàn)槿f物都是由基本粒子組成的，而基本粒子都是通過自然界四種基本作用力“粘結(jié)”在一起的。

這四種基本作用力分別為：強(qiáng)力，弱力，電磁力和引力。這四種作用力可以傳遞大小不同的相互作用，在這個過程中形成巨大的能量，其實(shí)也是物質(zhì)大部分能量的來源。比如說，強(qiáng)大的核能，原子彈和氫彈的能量就來自核子之間的強(qiáng)相互作用。

先從電磁力開始說起。電磁力其實(shí)是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷牧Γ?strong>除了引力之外我們能感受到的力都是電磁力，比如說摩擦力，彈力，各種機(jī)械力等其實(shí)都是電磁力。

電磁力是依靠光子來傳遞電磁相互作用的，通俗來講就是原子中的光子被扔來扔去，這個過程就傳遞了電磁力。不過這里的光子與我們平時所講的光子并不一樣，準(zhǔn)確來講是“虛光子”。

強(qiáng)力，也就是強(qiáng)相互作用。如今我們已經(jīng)知道質(zhì)子和中子并非最小的基本粒子，因?yàn)槊總€質(zhì)子和中子都是由三個夸克組成的。三個夸克是如何束縛在一起的呢？

就是膠子傳遞強(qiáng)相互作用，把夸克緊緊束縛在一起。與光子一樣，也可以理解為把膠子扔來扔去，而在扔膠子的時候夸克本身也會變色，這與夸克內(nèi)在性質(zhì)有關(guān)，具體就不再詳述了。

同時，強(qiáng)力還可以把兩個或多個質(zhì)子以及中子束縛在一起，束縛的力量大于質(zhì)子之間的排斥力。強(qiáng)力是基本作用力中最強(qiáng)大的力量，如果強(qiáng)力的力量為1，排在第二位的電磁力也僅有173分之一，而最弱的引力只有10的負(fù)39次方。

引力，在我們生活中無處不在，引力的傳播子是引力子，遺憾的是引力子目前還只是一個假象概念，科學(xué)家并沒有在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)引力子存在的證據(jù)。

弱力，弱力其實(shí)也很常見，最為明顯的表現(xiàn)就是核輻射。我們都知道，原子都是中性的，內(nèi)部有多少帶正電的質(zhì)子，就有多少帶負(fù)電的電子與之對應(yīng)。不過當(dāng)原子數(shù)量很多時，核外電子就變得難以束縛，于是原子就會發(fā)生衰變，最常見的就是貝塔衰變，具體過程就是，原子核通過俘獲電子使得質(zhì)子通過夸克改變顏色的方式，變成中子，或者過程相反，中子釋放電子成為質(zhì)子，而這個過程都需要玻色子來傳遞能量。

看到這里，不知道小伙伴們會有什么感覺，是不是感覺到有點(diǎn)亂，也很繁瑣?？茖W(xué)家們也是這么認(rèn)為的。于是他們就想，有沒有一種辦法統(tǒng)一四大作用力呢？同時還有一個問題沒解決：質(zhì)量到底是如何產(chǎn)生的。

剛才所講的四大相互作用起到了基本粒子的粘結(jié)作用，基本粒子粘結(jié)在一起，形成了各種宏觀物質(zhì)，在粘結(jié)的過程中其實(shí)也蘊(yùn)藏著巨大能量。不過當(dāng)科學(xué)家們通過愛因斯坦的質(zhì)能方程把蘊(yùn)藏的能量換算成質(zhì)量時，發(fā)現(xiàn)換算成的質(zhì)量并不等于物體本身的質(zhì)量。

舉個例子，質(zhì)子由三個夸克組成，三個夸克通過強(qiáng)相互作用傳遞能量，但這種能量換算成質(zhì)量之后，占了整個質(zhì)子質(zhì)量的99%，很明顯，剩下1%的質(zhì)量來自夸克本身。那99%的質(zhì)量很好理解，就是通過質(zhì)能公式把能量轉(zhuǎn)換成的質(zhì)量，但是剩下1%的質(zhì)量來自哪里？也就是說夸克自身的質(zhì)量到底來自哪里？

這時候就需要希格斯機(jī)制登場了。

希格斯機(jī)制的基礎(chǔ)是希格斯場。而“場”的概念源于數(shù)學(xué)家外爾，也被稱為“規(guī)范場”，因?yàn)榭茖W(xué)家們寄希望于用場來同統(tǒng)一四大作用力。

規(guī)范場的概念可以用來解釋電磁場，而楊米爾斯理論通過對規(guī)范場進(jìn)行微調(diào)，又把弱相互作用力囊括其中，這就有了弱力場。而物理學(xué)家蓋爾曼在楊米爾斯理論基礎(chǔ)上又進(jìn)行了微調(diào)，把強(qiáng)相互作用收錄進(jìn)去，這就有了膠子場。

于是，只有引力子還沒有被囊括進(jìn)去。目前只有引力還被排除在外，沒有被統(tǒng)一，引力子仍舊只是假想概念。

按照規(guī)范場理論，一開始物理學(xué)家們認(rèn)為所有的基本粒子都應(yīng)該是沒有質(zhì)量的，而物質(zhì)體現(xiàn)出來的質(zhì)量都是源于費(fèi)米子（也就是電子夸克等基本粒子）在各種玻色子形成的場運(yùn)動產(chǎn)生的，玻色子的運(yùn)動傳遞能量，而能量又可以體現(xiàn)為質(zhì)量。

但問題就在于，玻色子傳遞的能量表現(xiàn)出來的質(zhì)量只有物體質(zhì)量的99%，剛才也說了，科學(xué)家們也意識到夸克電子等費(fèi)米子也是有質(zhì)量的，而且傳遞弱力的W和Z玻色子同樣有質(zhì)量，那么，這些質(zhì)量到底是誰賦予的呢？

科學(xué)家們猜想，在那么多的場中，一定有一種特殊的場，通過某種機(jī)制讓部分基本粒子獲得質(zhì)量，而部分粒子不會獲得質(zhì)量，而這個機(jī)制就是希格斯機(jī)制。

上面說了，2012年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子的存在證據(jù)，是在大型粒子對撞機(jī)中發(fā)現(xiàn)的。

通俗理解希格斯機(jī)制是這樣的。宇宙中充滿了希格斯場，而希格斯場就像一片汪洋大海，通常處于最穩(wěn)定的基態(tài)，就像波瀾不驚的大海。但海水總是會受到隨機(jī)擾動，于是受到擾動之后的希格斯場就會變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，激發(fā)出希格斯粒子，也就是“上帝粒子”，正是上帝粒子賦予了基本粒子質(zhì)量。

簡單來講，電子夸克這樣的基本粒子會與希格斯粒子發(fā)生作用，作用強(qiáng)度越大，質(zhì)量就越大。而光子和膠子等玻色子不會與希格斯粒子發(fā)生作用，所以光子和膠子沒有質(zhì)量，只能以光速飛行。

通俗來講，如果沒有希格斯粒子的存在，所有的基本粒子本應(yīng)該都以光速飛行，但有了希格斯粒子的存在，一大部分基本粒子在以光速飛行的過程中受到了希格斯粒子的阻攔，從而發(fā)生了減速，在減速的過程中獲得了質(zhì)量。至于哪些粒子會與希格斯粒子發(fā)生作用，還有作用的大小，與粒子本身的自旋和角動量等性質(zhì)有關(guān)。

能夠看出，希格斯機(jī)制近乎完美地詮釋了質(zhì)量的起源和本質(zhì)。

但事實(shí)上并非如此，人們對質(zhì)量本質(zhì)的探索還遠(yuǎn)沒有結(jié)束，畢竟我們看到的普通物質(zhì)，也就是恒星物質(zhì)只占了宇宙的5%，而希格斯機(jī)制只對這5%的物質(zhì)管用，剩下的95%是由暗物質(zhì)和暗能量組成的，而科學(xué)家對兩者的了解幾乎為零。

所以說，探索不止，關(guān)于質(zhì)量還有更多的奧秘等待著人類。