冒昧的問一下,你的體重是多少?
你可以選擇把自己體重寫在評論區,當然也可以選擇保持沉默,畢竟見面就問這樣的問題,可能顯得有些不太禮貌。
但是體重跟我們今天的話題,卻有着很大的關系。因為接下來,我們需要探讨的是,一個困擾了科學家數年的世紀難題,什麼是質量?
如果你想弄清楚你的體重到底是怎麼來的,本期内容就會給你一個最接近答案的答案。
你,準備好了嗎?
什麼是質量?在物理學中,質量大概是我們最早接觸到的一個物理學術語了,而根據公式m(質量)=ρ(密度)V (體積),我們能夠輕易計算出一個物體的質量。
當然,除了用公式計算以外,在生活中,我們也可以直接用秤來稱出物體的質量,我們稱量體重就是生活中的一種,最簡單普遍的質量稱量。
而關于質量的明确定義,最早則是由著名物理學家牛頓提出的,他曾在《自然哲學的數學原理》一書中這樣寫道:
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。
在書中,牛頓雖然給了質量一個明确的定義。但是随着科學的不斷發展,科學家們卻發現,這樣的定義其實并不能讓人滿意,因為質量這個話題太大太深奧了,以至于關于質量本質的問題,一直困擾了科學家們長達數年的時間……
質量的本質是什麼?要想弄清楚質量的本質是什麼,我們必須先要弄清楚,有關物質組成的問題。
在宇宙中,幾乎所有的宏觀物質,都是由各種微觀的物質元素構成的。就拿我們人體來說,構成我們人體的是各種細胞、組織,而構成各種細胞、組織的,則是更微觀的分子,而分子則又是由各種原子組合而成的。
當然,物質細分到原子級别之後,其實還能繼續往下細分的,伴随着科學的不斷進步,科學家們發現,原子其實是由原子核和核外電子構成的,而原子核則又是由質子和中子結合而成的。
而在原子中,原子核所占的質量又是要遠超電子的,以氫原子為例,其中電子的質量在整個原子質量中,所占的比例為僅為1/1837,而剩下的比重則都是原子核所占的。由此我們不難看出,在原子中,質量其實都是被質子和中子占據的。
然而,有意思的是,再後來科學家們又發現,質子和中子再往下細分是由不同誇克組成的,但是伴随着誇克的發現,在質量問題上,最令科學家們費解的問題也随之出現了。
因為誇克是存在質量的,但是科學家們通過計算卻發現,組成原子核的誇克質量全部加起來,也僅占據了原子核質量的1%,那整個原子核内,剩餘99%的質量到底又去哪兒了呢?
強相互作用力揭開了謎團!要想揭曉這個問題的答案,我們必須弄清楚自然界存在的四種最基本的作用力。在自然界,科學家目前總共發現了四種最基本的作用力,它們分别裡,強相互作用力、弱相互作用力、電磁力以及引力。在這四種基本作用力中,強相互作用力最為強大,它究竟強到了一種怎樣的程度呢?
我們前面提到了,組成原子核的是質子和中子,而我們經常想當然地,把它們的組合看成是理所應當,但是在這背後,卻是一種無形的作用力把它們給牢牢粘在一起的。這種無形的作用力也就是上面的強相互作用力了,并且在粘合質子和中子的過程中,它還克服了由電磁力産生的強大排斥力量。
說了這麼多,可能很多人會問,強相互作用力跟質量又有什麼關系呢?
上面我們說了,強相互作用力将質子和中子牢牢粘在了一起,而質子和中子又是由誇克構成的,也就是說,強相互作用力其實是作用在了這些誇克之間的。現在我們再來看原子核的構成,你就會注意到原子核裡又多出了一些強大的能量。
而根據愛因斯坦提出的質能方程E=mc²,我們可以看到在物質世界裡,能量(E)其實跟質量(m)是成正比的,而在這裡,我們也可以理解為能量(E)跟質量(m)是等價的。這樣一來,你就會發現,當能量變得足夠強大之後,質量也會随之産生并伴随能量的增大而增加。
由于構成原子核的誇克之間存在非常強大的強相互作用力,而這其中的能量又會以等價的質量的形式表現出來,因此原子核質量中剩餘99%的質量,也就由強相互作用力的能量作為補充了。
最後,我們也就得出了這樣一個結論,那就是物體99%的質量,都源于強相互作用束縛誇克的能量,而剩餘1%的質量則來自于各種微觀物質的質量。
最後,關于物體質量是如何産生的問題,相信大家應該都有所了解了。但是,不知道有沒有人跟大川一樣,存在這樣一點疑惑,那就是關于物體剩餘1%的質量的問題。
既然這1%的質量是來源于各種微觀物質的質量,那麼這些微觀物質(誇克、電子)的質量,到底又是由什麼決定的呢?
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