深度长文：E=MC平方中的M是指质量吗？里面蕴藏着更深的奥秘！

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伟大的爱因斯坦在20世纪初提出了大名鼎鼎的质能方程，E=MC平方，这个方程如此简洁，如此优美，让我们明白质量与能量之间的关系。

但如果我问你公式中的M是什么意思，得到的回答应该都是质量。其实这个回答也没有毛病，但如果你想了解更深层的东西，仅仅知道质量是远远不够的。

要了解关于质量更多更深层的东西，我们需要从微观领域开始，因为宏观物体都是由微观粒子组成的。

先来说最简单的氢原子，它包含一个质子和一个电子，如此来讲，氢原子的质量就应该等于一个质子加上一个电子的质量。

但事实并非如此，一个氢原子的质量，比一个质子和电子的质量总和要小一点，这是为什么呢？整体不应该等于每个局部加起来吗？

这就涉及我们对爱因斯坦质能方程的深层解读了，公式本身是E=MC平方，也可以换一种表达方式，M=E/C平方。你可能会问：这种简单的变换能说明什么问题呢？不还是一样吗？

确实没有什么大的区别，但能让我们以一种不同的思维方式去思考智能方程。

首先，对于质能方程的解读，网络上经常会出现这样的声音：质量和能量等价，质量和能量是一种东西，质量是能量的一种表现形式等等。

当然，作为普通吃瓜群众，这样理解也没毛病，但只是一种通俗的理解方式，严格来讲并不严谨。

那么质能方程中隐藏的更深含义是什么呢？

还拿刚开始所说的氢原子来说明，氢原子的质量并不等于一个质子加上电子的质量。因为物体的质量包含两个方面：组成物体的基本结构，还有物体的运动方式。

什么意思呢？

举个例子就明白了，假设这里有两辆一模一样的小汽车，某一辆静止，另外一辆一直在运动，结果就是：运动的小汽车的质量其实更大一些，静止的小汽车质量相对更小一些。

为什么会这样，运动为什么会让汽车的质量变大呢？

道理很简单，运动的汽车意味着内部的各种零件几乎都在运动，比如说发动机，齿轮等，这些零件的运动就会产生动能。同时汽车在运动过程一定也会产生热能，从微观层面反映出来的就是组成汽车的微观粒子运动更剧烈了，运动更剧烈也会有动能，当然，两者是等价的。

于是，根据M=E/C平方这个公式，上面所说的热能，动能其实都可以算作汽车质量的一部分，所有的能量加起来除以光速的平方，加上汽车本身的质量（实际就是静质量），最终得到的就是汽车的实际质量。

这也是为什么运动的汽车质量会更大。只不过由于光速实在太大了，光速的平方就更大了，即便是汽车运动过程具备的能量很大，除以光速平方之后，多出来的质量也会变得很小，以至于在我们日常生活中完全可以忽略不解，我们更不可能直观地感受到汽车质量的增加。

同时也正因为如此，我们通常都默认质能方程中的M就是物体的静质量，当然我们不会直接说静质量，而会说质量，这只是一种习惯，一种默认。

但默认归默认，我们自己要知道公式中M的真正含义，需要明白运动的物体比静止的物体质量更大一些。

其实这样的例子在我们生活中比比皆是。比如说，对于很多80和90后来说，小时候家里的电力供应并不充足，所以手电筒就成了必备的家用电器。

对于手电筒，我想说的是，当手电筒打开时，它的质量会变小，你知道为什么吗？

这与刚才的小汽车的原理是一样的。手电筒打开之后，就会向外发射出光线，而光就是能量，是由电池里面的化学能转换成电能，然后是光能。光能辐射出去之后，能量就减少了，当然手电筒的质量也会变小。

只不过变小的幅度非常有限，我们同样不可能感受到这种微小的变化。

明白了这一点，下面再来看看一开始所讲的问题：单个氢原子的质量，为何要比一个质子加一个电子的质量总和小一点呢？

能量包括很多种，有上面所说的动能，热能，化学能，电能，光能等，当然还有我们很少注意的势能，而氢原子内部就有势能，准确地说是质子和电子之间有势能。

可以这样理解，假设质子与电子相距无限远，那么两者之间的势能就是零。这很好理解，就像我们在地球上也有势能，假设我们到了无穷远的地方，势能就是零。

随着电子和质子不断靠近，势能就会逐渐变小，就会出现负势能。当然，电子围绕质子运动也会有动能，但两者加起来的能量仍旧是负的，因为负势能的绝对值更大。

既然是负势能，那么根据M=E/C平方这个公式来计算，得出来的质量当然也是负的。那么氢原子的质量当然要小于质子与电子的质量总和了，因为这个质量总和还要减去负势能等价的质量。

说完了质子与电子之间的关系，我们再来看看质子或者中子本身的质量组成。

我们都知道，质子和中子都是由三个夸克组成的，不同的是，质子是由两个上夸克和一个下夸克组成，而中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。

按道理讲，质子或中子的质量应该等于三个夸克的质量总和，但事实也并非如此。而且实际情况让很多人惊讶：三个夸克的质量总和只找占整个质子质量的不到1%而已！

问题就来了：剩下99%的质量到底哪里去了？

简单来说，剩下的99%质量其实都表现为能量，这些能量又是什么类型的能量呢？

通俗理解：核能！把三个夸克紧紧束缚住的能量，三个夸克通过强相互作用力紧紧束缚在一起，不至于分崩离析，强相互作用力带来的能量是非常强大的。

强相互作用力通过胶子来传播，传播速度为光速。剩下的99%质量就是夸克之间传递强相互作用力的能量。

其实强相互作用力不仅仅作用于夸克之间，还作用于原子核内部的核子之间，也就是中子质子之间。强相互作用带来的能量是巨大的，到底有多大？

理论上，把核子分开与把核子束缚在一起的能量是一样的，两者只是过程相反罢了。其实两者利用的都是核能，也就是核子之间的强大能量。

核能分为核裂变和核聚变，字面意思就能理解，裂变就是把核子分开，聚变就是把核子聚合。而平时我们所说的原子能就是核裂变，看看原子弹爆炸的威力有多强，就知道核子之间蕴藏的能量有多大了！

当然，关于质量，还有一个问题，夸克和电子都是基本粒子，它们自身的质量到底是如何产生的呢？

简单来讲，是因为希格斯场的存在，基本粒子会与希格斯场发生作用，具备了势能，在这个过程中获得了质量。

希格斯场遍布宇宙的每个角落，希格斯场受到激发就会形成希格斯粒子，也被称为“上帝粒子”，它是质量的源泉。

可以这样通俗理解，基本粒子在希格斯场里运动时，会与希格斯粒子发生作用，从而发生减速，在减速的过程中获得了质量。

也就是说，基本粒子本应该都以光速飞行，但绝大多数基本粒子会与希格斯粒子发生作用，从而减速，所以，它们无论如何都不可能达到光速。而且，与希格斯粒子发生作用越大，质量也就越大。

打个通俗的比方，一个超级明星行走在大街上，周围的人群立刻就会一拥而上，把超级明星紧紧地包围起来，如此一来超级明星行走就会变得非常困难，也就相当于质量会很大。而普通人行走在大街上根本没有人理会，畅通无阻，几乎不会有任何阻力，相当于质量很小。

还有一些基本粒子，比如说光子和胶子，根本不会与希格斯粒子发生任何作用，所以光子始终会以光速飞行，而且一出生就是光速，没有任何加速过程。通俗来讲，就是我们经常所说的“光没有静质量”，或者说“光的静质量为零”。

但是，光具有动质量，这种动质量其实也是能量的另一种表现形式。光本身也是一种能量，根据爱因斯坦质能方程，就可以计算出光的动质量。

说到底，这个世界更本质的东西是能量，而不是质量。我们常说“质量是物体的固有属性”，这个结论只是为了方便我们理解而进行的通俗定义，毕竟日常生活中我们每天都会看到“活生生”的拥有质量的物体，很难直观感受到物体是由能量组成的。

但更严谨来讲，质量只是物体的一种属性，而不是固有的东西，能量才是固有的东西。甚至可以这样说，万物都是能量。通俗理解就是：质量是能量的聚合形式，而能量是质量的离散形式。

量子场论也直击了质量的本质：万物其实都是能量包！可以这么通俗理解，宇宙一开始并不是“一无所有”，而是充满了各种基本场，比如说希格斯场，电子场，中子场，中微子场，电磁场等，这些场通常处于最稳定的基态。

而一旦基态的场受到扰动，就会成为激发态。基态的场就像平静无风的大海，而激发态的场就像汹涌澎湃的大海。受到激发之后，场就会形成对应的基本粒子，就相当于汹涌澎湃的大海形成的小水珠一样。

根据量子力学不确定性，基态的场总是会受到某种扰动，成为激发态。基本粒子就是这样形成的。能够看出，基本粒子本质上也是场，而场都是有能量的，即便是基态的场也具有最低的能量。

也就是说，基本粒子其实就是“能量包”，而万物又都是由基本粒子组成的，当然你我都是“能量包”！

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