關于物質(zhì)的思考由來已久，在古希臘有一群人被稱為原子論者，他們當時認為原子必定是有重量的。而到了艾薩克·牛頓的時代，他則認為，質(zhì)量只不過是物質(zhì)的量，也就是一個物體所包含的物質(zhì)的數(shù)量多少。

從表面上看，這是一個合乎邏輯的結(jié)論，沒有什么爭論的必要。你想想，質(zhì)量只是一個我們每天都能遇到的尋常物理性質(zhì)，沒什么神秘的。每天早晨稱體重的時候，在健身房里舉鐵的時候，或是被什么東西絆倒的時候，我們都會感受到牛頓的經(jīng)典質(zhì)量觀。

再比如，當你翻開一本書或者是其他什么東西，無所謂，反正都一樣。無論你手上拿的是什么，都可以相當確定地說，它們是由某些材料制成的——紙張、卡片、塑料，或許是裝載著一些電子元器件的印刷電路板，又或者是其他什么東西。無論它由何種材料制成，我們都可以將它稱為物質(zhì)，它們都具有一種固有性質(zhì)，那就是質(zhì)量。

問題來了，物質(zhì)又是什么呢？

在學校的課堂上我們都曾經(jīng)聽老師講過這個問題，物質(zhì)并不是無限連續(xù)的，而是離散的，這似乎與古希臘的一些哲學家在近2500年前曾推測的“物質(zhì)是‘塊狀’的”不謀而合。

我們還用紙來舉例子，紙是把紙漿中濕潤的纖維緊壓在一起而制成的，而紙漿是由像纖維素這樣分子構成的，然后分子又是由像碳、氫、氧這樣的原子構成的。如果在進一步對原子進行深層次的了解，我們就會發(fā)現(xiàn)原子的內(nèi)部大部分是中空的，只有一個小小的、由質(zhì)子和中子組成的原子核，周圍有一些電子環(huán)繞著它。

等等，還沒完。

質(zhì)子和中子并不是最終的答案，它們還能被繼續(xù)劃分為更小的單位。科學家已經(jīng)把目前為止找到的物質(zhì)最基本的組成部分稱為“基本粒子”。根據(jù)這一定義，質(zhì)子和中子顯然不屬于基本粒子，因為它們是由不同種類的夸克構成的，這些夸克則是被一種傳遞力的虛粒子——膠子連接在一起的。

是不是有些復雜了？

經(jīng)過一代又一代科學家的不懈努力，我們已經(jīng)可以像剝洋蔥一樣，一層一層地揭開物質(zhì)內(nèi)部的構造。從紙、卡片、塑料，到分子，到原子，到質(zhì)子和中子，再到夸克和電子。隨著我們一層一層地往下，我們發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)組成也越來越小。

凡事都有極限，就像古希臘的哲學家們曾推測的那樣，我們最終會遇到一些最最基本的、不可分割的物質(zhì)，宇宙萬物都是由這些物質(zhì)構成的。無論這種最基本的物質(zhì)是什么，它只有一種基本形式，或者說，這樣的假設最為簡潔。

1930年，英國物理學家保羅·狄拉克將這一假設稱為“哲學家的夢想”。當時的物理學界普遍認為，所有的物質(zhì)都是由帶正電荷的質(zhì)子和帶負電荷的電子這兩種基本粒子構成的。

狄拉克還曾經(jīng)認為自己找到了統(tǒng)一兩種粒子的辦法，他提到“哲學家的夢想”后還說：“我們有理由相信，電子和質(zhì)子并不是沒有關聯(lián)的，它們只是同一種基本粒子的兩種表現(xiàn)形式。”那時人們面臨的情況還不像現(xiàn)在這么復雜，甚至連中子都還沒有被發(fā)現(xiàn)，中子是在1932年由詹姆斯·查德威克發(fā)現(xiàn)的。

狄拉克這一回錯了，他在研究有關電子的量子力學新理論時推導的數(shù)學方程中偶然發(fā)現(xiàn)了結(jié)果，但是這個結(jié)果并不是質(zhì)子和電子之間的基本關聯(lián)，而是一種與人們以往認知完全不同的物質(zhì)，我們今天稱之為反物質(zhì)。他預言的帶正電荷的實體并不是質(zhì)子，而是幾年后在關于宇宙射線的研究中發(fā)現(xiàn)的反電子。

從此，科學家們面對的局面越來越糟，所謂哲學家的夢想似乎變成了噩夢。物理學家們面對的遠遠不只是“兩個基本粒子之間是否有某種關聯(lián)”這么簡單的問題了，而是一個由不同種類的粒子組成的“花花世界”，其中許多粒子的性質(zhì)從未見過。

一個簡單而無可置疑的事實擺在我們面前，現(xiàn)代科學已經(jīng)打破了我們在物理學中所有下意識的判斷，尤其是在關于物質(zhì)本質(zhì)的方面。

宇宙的基礎并沒有像我們曾經(jīng)想象的那樣堅實可靠，正相反，它是由某種量子的“鬼魂”和“幻影”構成的。不僅如此，從今往后的某個階段開始，我們甚至對“質(zhì)量”——這個在物理學、化學和生物學的方程式中無處不在的m，一個無比熟悉的概念也失去了把握。

許多不斷出現(xiàn)的問題在持續(xù)地挑戰(zhàn)著牛頓爵爺?shù)挠^點。

有時一個電子會如幽靈一般同時通過兩個相距很近的狹縫，卻只在遠處的探測器上留下一個點，那么在這整個過程中，這個被認為是“不可分割”的基本粒子的質(zhì)量發(fā)生了怎樣的變化呢？

愛因斯坦最為著名的質(zhì)能方程說明質(zhì)量和能量等價并且可以互相轉(zhuǎn)化，這到底意味著什么呢？

有關質(zhì)量的問題還遠不止于此。

粒子物理中所謂的“標準模型”對基本粒子和力給出了迄今為止最為完備的描述，在這個模型中，粒子被量子場所取代。可量子場到底是什么呢？

在時間和空間中分布的量子場又是如何擁有質(zhì)量的呢？

物理學教材上說，基本粒子通過與希格斯場的相互作用而獲得質(zhì)量，這究竟意味著什么？

組成質(zhì)子的3個夸克的質(zhì)量總和也只有質(zhì)子質(zhì)量的1%，那剩下的質(zhì)量到底來自何處？

現(xiàn)在我們根據(jù)暴脹大爆炸宇宙學的標準模型可以得知，我們一直以來都很熟悉的由質(zhì)子和中子組成的所謂“重子”物質(zhì)，只占到宇宙總質(zhì)能的不到5%。而剩下的質(zhì)能中，暗物質(zhì)占了大約26%，其余的69%則被認為是暗能量，這是一種充溢于空間的能量，時空膨脹的加速正是由其驅(qū)動的。

你看只是簡簡單單的質(zhì)量怎么會牽扯出如此復雜和艱深的問題呢？

從這一期開始，我會試著解釋我們對物質(zhì)本質(zhì)的認識、對質(zhì)量起源的認識，以及在其影響之下，我們認識物質(zhì)世界的方式是如何產(chǎn)生了翻天覆地的變化的。

今天就先嘮到這里吧，咱們下次再聊。