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粒子质量有什么奇怪之处?

物理还不能解释惯性这种基本的东西—如果知道了这个,你的脑袋还没有爆炸,那就准备好迎接下一轮暴击吧:我们确定的基本粒子(比如夸克和电子)也不是真正的“东西”。事实上,根本没有“东西”这样的东西,这在我们的物理理论中是不存在的。

在我们当前的理论中,粒子实际上是空间中不可分割的点。也就是说,在理论上,它们处在三维空间中一个无限小的位置上,所占据的空间(体积)为零。实际上它们根本没有“大小”有一些关于粒子大小的定义结合了它们周围的虚拟粒子,我们使用的是严格的定义。。你是由粒子构成的,这并不意味着大部分的你是空的,这意味着你就是空的。

花点时间想一想,质量的概念竟然如此没道理。有些粒子的质量几乎等于零,然而另一些粒子的质量却非常大。比如,电子的密度就很奇怪。一个电子的密度是多少?电子有非零质量,但它的体积为零,因此它的密度(质量除以体积)……没有定义?这根本讲不通。

我们再看一看除了质量其他方面都一样的两个粒子:顶夸克和上夸克。顶夸克就像上夸克的胖表兄,它们电荷相同,自旋相同,相互作用相同。它们都被认为是基本的点粒子,但是顶夸克的质量是上夸克的75000倍。它们占据着同样大小的(零)空间,具有几乎一样的行为。那为什么它们中的一个有那么多质量,却不包含更多的“东西”呢?

这看起来根本讲不通,因为粒子不像你通过日常生活了解的任何东西。我们自然会基于已知的东西去理解新东西用已知的知识描述未知事物是物理的核心目标,这会使你在鸡尾酒会上显得非常聪明。。我们还能做什么呢?这就像给三岁的孩子解释老虎是什么。你可能会说它“就像一只大猫”,但那只能暂时管用,一旦孩子在动物园试图把手伸进笼子撸老虎,你的老婆(老公)就会冲你大喊大叫,说你是不靠谱的家长,说你的类比死板而片面。那些思想模型很有用,但是你总要记得它们有局限性。

我们很喜欢把粒子想象成由某种东西构成的微小的球形物。实际上它们并不是小球,甚至一点都不像小球,但我们可以这样想。根据量子力学,它们是超级怪诞的场的小波动,弥漫在整个宇宙之中。这意味着微小球模型根本解释不了它们遵守的规则。比如,它们可以某刻处在一个不可逾越障碍的一端,在下一刻又出现在另外一端,而且无须穿越这一障碍量子隧穿效应已经被证实。某些超微显微镜已经在应用这种效应了,这是真的。。量子粒子能够办到的事太奇怪了—如果你把它们想象成你知道的东西的话。这是因为它们和你所知道的东西不一样。

我们大脑中的模型非常有用,它能提供给直觉,帮助我们完成可视化,但我们一定要记住,模型只是模型,模型也有可能失效。当你想象点粒子的质量时,这样的事情就发生了。

我们来看一个极端的情况:一个粒子质量为零。这说得通吗?比如,光子的质量就是零。如果它没有质量,那么它怎么可能是一个东西的粒子?如果你要求质量等于东西,那么你必会得到这样的结论:无质量的粒子不存在。

与其把一个粒子的质量想象成一个超级小球里的东西,倒不如把它当作一个贴在极小量子对象上的标签。

你也许还没有意识到,但是在讨论粒子的电荷时你就已经这么想了。我们都知道电子有负电荷,但是当想到这个的时候,你大约也会思考这些问题:电荷在电子里的哪个位置?是什么东西把电荷给了电子?电子里面有那么多空间容纳这么多电荷吗?这类问题很蠢,因为这样想的人认为电荷就是粒子所具有的某种东西,但电荷只是一个标签,可以有许多不同的值。如果你以同样的方式来考虑质量,事情就说得通了。

如果电荷意味着一个粒子能受到电的影响(比如被其他电子推开),那么质量对于一个粒子意味着什么呢?质量是给了粒子惯性(阻抗运动)。但是,为什么物体有惯性?它从哪里来?它意味着什么?在我们最需要帮助的时候,谁会帮我们?答案是:希格斯玻色子。