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一口气读懂质量的来源:物理和化学的原点

物理和化学的原点回望科学史史上物理和化学的起点,咱们会发现,它们都围绕着“质量”这个词打开:1687年,牛顿宣布了作品《自然哲学的数学原理》,在这本作品傍边,牛顿从界说“质量”开端,构建起了经典物理学…

物理和化学的原点

回望科学史史上物理和化学的起点,咱们会发现,它们都围绕着“质量”这个词打开:

1687年,牛顿宣布了作品《自然哲学的数学原理》,在这本作品傍边,牛顿从界说“质量”开端,构建起了经典物理学的大厦。

1777年,拉瓦锡向巴黎科学院提出了一篇论文《焚烧概论》,在这篇论文中,他叙述了自己的金属煅烧试验,并提出了焚烧效果的氧化学说,而在这篇论文中还提到了闻名的质量守恒定律,从此化学正式从炼金术的暗影走出来,并敞开了科学化之路。

但是,咱们你问牛顿和拉瓦锡:质量究竟是什么?

你很难能够得到一个令人满意的答案。由于,关于“质量”探究一向伴跟着整个科学的开展,一向到近几年才彻底尘埃落定。那质量究竟是什么呢?

微观国际

咱们咱们把时刻推到2000年从前的古希腊国际,其时的古希腊前贤们就在考虑:万物的来源究竟是什么?

闻名的科学哲学之父泰勒斯从前提出:万物的根源是水。这也被以为是科学和哲学的起点。泰勒斯也给后来的学者供给了一条从微观国际探究万物来源的途径。后来,古希腊哲学集大成者之一的德谟克利特提出:万物的根源是原子和虚空。古希腊前贤们受限于观测设备,没能在这条途径上走得更远。

到了20世纪,当科学发现了微观粒子时,他们想到了德谟克利特的“原子论”。所以,就用原子来命名他们发现的微观粒子。但实际上,德谟克利特的“原子”和现在的“原子”是两码事,他的“原子”是万物的最小构成的单位,而现在的“原子”还能够持续再分红电子和原子核。

不过,古希腊前贤的思路是没有错的。在探究“质量”的道路上,寻觅不行再分的粒子是一个合理的挑选。上世纪50年代,科学家经过对撞机,发现了许许多多的粒子,它们有的能够再分,而有的不行再分,这也被科学家戏称为:粒子幼儿园。

那这些粒子的呈现也给科学家出了一个难题,怎么才能把这些粒子归纳起来。在此之前,科学家们就发现了引力和电磁力。而跟着对原子结构的探究,科学家还发现了强力和弱力。要知道,原子核内的质子都是带正电,照理说,依据同种电荷相排挤的原理,质子不太或许会被捆绑在一个很小的标准内。

强力的强度要比电磁力大,是强力把质子捆绑在原子核内。至于弱力,它的强度很弱,首要发生在原子核衰变的进程傍边,它会改动粒子的品种。从这儿,咱们不难发现,牛顿最初关于“力”的界说现已不行用了。所以,科学家提出了“效果”一词来替代“力”。换句话说,依照现在的物理学观念,万物的基本单位是基本粒子,而各种基本粒子是经过“各种相互效果”来构成万物的。现在,咱们已知的一共有4种相互效果,分别是强相互效果,弱相互效果,电磁相互效果,引力相互效果。

那这些“相互效果”又是经过什么来完成的呢?

上世纪50年代,科学家提出了“标准场”理论,企图一致这几种效果。在这个理论中,“相互效果”是经过“场”来完成的,比方:磁力便是经过磁场来完成的。强力和弱力也有相对应的“场”。这个理论也被叫做杨米尔斯理论,是由杨振宁和他其时的研究生米尔斯一同提出的。

后来,盖尔曼等人又完善了这个理论。在这个理论中,咱们能够把各种“相互效果”看成是把某种粒子扔来扔去的成果。强相互效果便是把“胶子”扔来扔去;弱相互效果便是把“W玻色子”和“Z玻色子”扔来扔去;电磁相互效果便是把“光子”扔来扔去。

质量之谜

在这个理论中,科学家发现,物质质量的99%实际上是来自于强相互效果把夸克捆绑在质子和中子所对应的能量。依据爱因斯坦的质能等价E=mc^2,质量和能量是等价关系,所以这部分能量是具有质量的,占有了物质总质量的99%。那么问题来了,剩下的1%的质量从哪来的呢?

你或许要说,那基本粒子不该该有质量吗?

其实依照标准场理论,基本粒子其实是没有质量的,但是在试验观测中,科学家就发现,光子是没有质量的,而传递弱相互效果的Z玻色子和W玻色子却是质量的。这和那1%的质量其实严密相关。但也让科学家十分头疼,乃至有的科学家一度置疑标准场理论错了。

后来,科学家为了谐和这个问题,它们提出了闻名的希格斯机制。他们以为在宇宙空间中还存在着一种场叫做希格斯场,它能够经过给粒子减速来让粒子取得质量。咱们希格斯场没有给粒子减速,那么这个粒子的速度就会是光速。而电子和夸克等基本粒子之所以有质量,便是由于被希格斯场减速,这也便是那1%质量的由来。

为了证明希格斯场的存在,咱们就需要找到希格斯玻色子。这一向以来困扰着试验科学家,这是由于要寻觅希格斯粒子就需要足够大的大型强子对撞机。后来,在2012年,欧洲的LHC在成功证明了希格斯玻色子的存在。

跟着希格斯玻色子被找到,困扰科学家300多年的“质量之谜”也跟着解开。依据现在的标准场理论,咱们知道,物质99%的质量来自于强相互效果所开释的能量,而剩下的1%的质量是由希格斯场所赋予的。

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