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天体物理学家告诉你质子的质量从哪来?_科技频道_东方

发布日期:2020-06-27 05:28   来源:未知   阅读:

质子的质量从何而来?

整体应该等于部分之和,但是质子不是。原因如下。

整体等于部分之和。从星系到行星、到城市、到分子、再到原子,都是如此。如果你把任何一个系统的所有组件全都单独拎出来看一看,就能清楚地看到它们是如何结合在一起并构成整个系统的。这就是总量等于它所有不同的部分加起来的量。

可质子并不遵循这样的规则。

质子由3个夸克组成,但是如果把这3个夸克的质量加起来,你会发现这个数字不但不等于质子的实际质量,而且两者相差甚远。

那为什么质子不遵循“总数等于部分之和”这个规律呢?这就是巴里?达菲要我们解决的问题??

质子内部发生了什么?为什么它的质量超过了组成它的夸克的质量之和呢?

为了找出答案,我们必须要做一些深层次的了解。

图解:人体的组成,事关原子的数量与质量。我们身体的整体,等于身体各个部分的总和,直到小到一个很基础的尺度才不是如此。在这个尺度上,我们就能发现实际上我们比各部分的组成之和大一些。

(ED UTHMAN, M.D., VIA WEB2.AIRMAIL.NET/UTHMAN (L); WIKIMEDIA COMMONS USER ZHAOCAROL (R))

从我们自己的身上可以得到一个提示??如果把自身细分得越来越小,你就会发现,在质量这方面,整体等于各部分之和。你身体的骨骼,脂肪,肌肉和器官加起来就是一个完整的人。进一步细分下去,就算到细胞的层次,把各部分质量加起来依然等于你现在的体重。

细胞可以被分为细胞器,细胞器由单个的分子组成,分子又由原子组成,在各自的层次上,这些整体的质量和部分质量的总和没有区别。但是到了原子以下,质子、中子和电子层次的时候,有趣的事情发生了。在那个层次,有一个微小但非常明显的差异:单个质子、中子和电子从整个人体中偏离 1%左右。这种差异是真实的。

图解:从宏观尺度到亚原子,基本粒子的大小在决定复合结构的大小方面起的作用微乎其微。构建基块是否真正具有基本面和/或点状粒子仍不得而知。(图源:MAGDALENA KOWALSKA / CERN / ISOLDE TEAM)

与所有已知的生物一样,人类也是碳基生命形式。碳原子由六个质子和六个中子组成,但如果你测一下碳原子的质量,它大约比组成它的各个成分的总和轻0.8%。罪魁祸首是核约束性能源;当你把原子核结合到一起时,它们的总质量比构成它们的质子和中子的质量之和要小。

碳是由氢聚变成氦,然后再由氦聚变而来;大多数类型恒星在主序星与红巨星阶段都会通过这种过程释放能量。由爱因斯坦的E = mc?可知,这种“质量亏损”是恒星能量的来源。当恒星在燃烧时,它们会制造出更加紧密结合的原子核,以辐射的形式释放出能量。

图解:在天琴座第二和第三亮的恒星,蓝色巨型恒星谢利亚克和苏拉法特之间,环形星云在夜空中闪耀。在恒星生命的所有阶段,包括巨相,核聚变为恒星提供动力,核与核将更加紧密地结合,通过E = mc?将质量转化为能量的辐射所发射的能量将更加紧密。(图源:NASA, ESA, DIGITIZED SKY SURVEY 2)

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