Квантовая физикаПопулярная наукаФизика

Странная правда о том, откуда берется масса

Масса человека состоит не из «вещества» в том смысле, в каком мы обычно об этом думаем, а скорее из энергии

Если задать вопрос, откуда берется масса, то можно ожидал услышать, что настоящее происхождение массы связано с физическим явлением, называемым полем Хиггса. Хотя это утверждение часто встречается в научно-популярной литературе, оно оказывается не совсем неверным. Действительно, поле Хиггса вносит лишь очень небольшой вклад в массу Вселенной. Реальность гораздо интереснее.

Сначала давайте разберемся, почему научная пресса утверждает, что поле Хиггса придает объектам массу.

Поле Хиггса

Поле Хиггса было теорией, разработанной в 1960-х годах как своего рода пластырь, чтобы спасти другую теорию, которая была популярна в то время. Физики разработали теорию, что две из известных квантовых сил — электромагнетизм и слабое ядерное взаимодействие — на самом деле были двумя проявлениями одной базовой силы: электрослабого взаимодействия. (Электромагнетизм отвечает за электричество, магнетизм, свет и большую часть химии, в то время как слабое ядерное взаимодействие отвечает за определенные формы излучения.)

Во многом так же, как мы знаем, что лед и пар — это просто разные формы воды, эти две, казалось бы, разные силы были просто разными способами смотреть на одно и то же. Была проблема с этой новой и единой силой — она предсказывала, что все субатомные частицы имеют нулевую массу. Это утверждение было известно как ложное еще в 1930-х годах, поэтому новая теория могла и умереть вскоре после своего рождения. Однако группа физиков в середине 1960-х годов предложила энергетическое поле — теперь называемое полем Хиггса — которое давало массу одним частицам, но не другим.

Теория поля Хиггса предсказала существование частицы, называемой бозоном Хиггса, которую иногда называют «Частицей Бога». Бозон Хиггса был открыт в 2012 году исследователями, работающими в ЦЕРНе. С открытием бозона Хиггса была подтверждена электрослабая теория.

Верно, что поле Хиггса дает массу некоторым субатомным частицам, например, знакомому всем электрону, а также классу частиц, называемых «кварками», которые находятся внутри протонов и нейтронов. Из-за этой истины репортеры и энтузиасты науки говорят, что поле Хиггса дает нам массу.

поле Хиггса
Кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, сильнее взаимодействуют с полем Хиггса, в результате чего имеют относительно большую массу. Электроны очень легкие, потому что они очень слабо взаимодействуют с полем. Фотон, частица света, безмассовый, потому что он вообще не взаимодействует с полем Хиггса.

Что дает нам массу?

Однако, несмотря на успех теории Хиггса, это утверждение оказывается неверным. Мы можем проиллюстрировать это, спросив, откуда берется масса человека весом 90 кг. Если вы спросите химика, он скажет, что масса человека исходит из молекул, из которых он состоит. И если вы взвесите все эти молекулы, вы действительно обнаружите, что они весят 90 кг.

Копнув глубже, мы можем спросить: Какова масса атомов, составляющих эти молекулы? Когда вы их взвесите, вы снова получите 90 кг.

Внутри атомов находятся протоны и нейтроны, находящиеся в центре, а также облако электронов, кружащихся по периферии. Протоны и нейтроны весят примерно одинаково, в то время как электроны являются очень легкими — их вес составляет около 0,05% от массы протонов и нейтронов. Таким образом, можно игнорировать электроны и сосредоточиться на протонах и нейтронах. Если сложить их массы, то получится 89,9 кг (с 0,1 кг в электронах).

На данный момент, казалось бы, что масса человека находится в субатомных частицах, из которых он состоит; однако, именно здесь Вселенная преподносит нам загадку. Каждый протон и нейтрон содержит три меньшие частицы, называемые кварками. Поэтому можно было бы ожидать, что если вы сложите массу кварков, вы получите 90 кг.

Но это не то, что вы обнаружите. Если вы сложите всю массу всех кварков в 90-килограммовом человеке, вы обнаружите, что кварки весят около 1,81 кг.

Итак, откуда же взялись остальные 88,19 килограмм? Вот тут-то и начинается самое интересное. Ответ, как это часто бывает, можно найти в знаменитом уравнении Эйнштейна E = mc2 . Это уравнение гласит, что энергия и масса эквивалентны. Как это помогает?

Оказывается, внутри каждого протона и нейтрона кварки движутся с очень высокой скоростью; действительно, эти скорости могут приближаться к скорости света. Очень высокая скорость означает очень высокую энергию, а, согласно Эйнштейну, очень высокая энергия означает очень большую массу. Однако это еще не все.

Протоны и нейтроны — это очень «маленькие шарики», размером около одной квадриллионной метра. Если протоны состоят из очень быстрых кварков, удерживаемых внутри этого крошечного объема, должны быть столь же мощные силы, удерживающие их вместе. Эти силы также могут означать высокую энергию, так же как очень туго натянутый лук имеет больше энергии, чем лук с ослабленной тетивой.

Вы можете сложить энергию движения и энергию удержания кварков внутри протонов и нейтронов, и когда вы это сделаете, вы обнаружите, что масса человека состоит не из «вещества» в том смысле, в котором мы обычно думаем об этом, а наша масса состоит из энергии. Фактически, можно сказать, что вся материя состоит из энергии.

Идея о том, что наша масса — это не более чем очень быстрое движение крошечных субатомных частиц, удерживаемых вместе невообразимыми силами, дает нам совершенно иной способ думать о материи и энергии. Наука снова учит нас, что реальность гораздо более странная, чем мы себе представляем.

Поделиться в соцсетях
Источник
BIG THINK
Показать больше
Подписаться
Уведомление о
guest
11 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Bong
Участник
14 дней назад

Представляем так как научили. Это ключевое. Сами к самообучению непригодны. Не развили это в нас. Зубрежка вместо самопонимания. Больше всех страдают образованные, поскольку уверены в истинности своих знаний. Через это все остальные. Но куда страннее, что в формуле действительно нет вещества, пощупать нечего. Только эффекты. Масса не есть эквивалент вещества — это лишь сила, с которой она может к себе притягивать. Нет там никаких скоростей кварков. Соответственно возникает вопрос — а в современной физике в принципе есть что, чем можно вещество оценить количественно? Ну вот сколько его. И кстати да, что в физике является величиной отражающей сколько вот этого (стучу… Подробнее »

Последний раз редактировалось 14 дней назад, - Bong
Роман Рыбкин
Роман Рыбкин
Гость
Ответить на  Bong
14 дней назад

Не туда написал.

Последний раз редактировалось 14 дней назад, - Роман Рыбкин
Bong
Участник
Ответить на  Роман Рыбкин
14 дней назад

А на астроньюс начали находить что в этом что то есть. Причем как и тут, начиналось все с формулы этой. Народ был несказанно удивлен тому, что в формуле нет вещественно-материального. Причем доказывали себе это сами, нужно было лишь правильно поставить акцент.

Cancer
Участник
Ответить на  Bong
13 дней назад

На астроньюс терерь нет доступа к чтению вообще. А при переходе на главную, показываются фазы Луны. 🙉

Bong
Участник
Ответить на  Cancer
13 дней назад

Все еще работает архив, если кому то совсем срочно надо.
https://web.archive.org/web/20240308084039/https://astronews.ru/

Последний раз редактировалось 13 дней назад, - Bong
Роман Рыбкин
Роман Рыбкин
Гость
14 дней назад

Замечательно, что мы привязав массу к энергии находим первое. И замечательно, что мы находит массу в поле Хиггса. Два аспекта приближения уже не мало. Но ведь есть ещё разделение на «гравитационную массу» и «инертную массу» — её разделяют так до сих пор, пока ещё не существует обобщённой теории «новой физики» что-бы этого не делать. Никаких сомнений нет в том, что если мы будем толкать ёмкость наполненную инертными частицами, то общая масса будет меньше — чем если бы мы толкали эту ёмкость где те же частицы имеют большую энергию. Выходит что сами частицы в этой ёмкости принимают два значения энергии. Но… Подробнее »

Последний раз редактировалось 14 дней назад, - Роман Рыбкин
Bong
Участник
Ответить на  Роман Рыбкин
13 дней назад

Поэтому, возможно, массу можно заменить на гравитационный потенциал объекта. То есть объект может притягивать к себе с определенной силой, вне зависимости от того с какой силой его самого притягивают. Ну да, отличается от имеющегося определения. Но в данном случае наиболее точно подходит под это именно гравитационный потенциал как потенциал силы притяжения посредством гравитационных взаимодействий. То есть за вычетом всего остального спектра возможных воздействий. Как пример, вес приведенный в статье это совокупная сила притяжения тела и Земли. Так вот сколько в этих 90 кг силы притяжения Землей тела и сколько силы телом Земли? И еще, как вы посчитаете по формуле энергию… Подробнее »

Последний раз редактировалось 13 дней назад, - Bong
Роман Рыбкин
Роман Рыбкин
Гость
Ответить на  Bong
11 дней назад

Вы опять связываете гравитацию с массой. Да, сегодня существуют два равнозначных определения для массы — «гравитационная масса» и «инертная масса», доказано что это совершенно равные вещи. Но я хочу сказать, что не существует «гравитационной массы», есть только «инертность»! Я в этом уверен по ряду причин. Одна из них это волновая природа гравитации, где к ней применимы все те параметры которые известны в волновой физике — резонанс, стоячие волны, интерференция (рассеивание), дифракция (огибание)… Понимаете, ОГИБАНИЕ — гравитационные волны как и любые другие волны могут огибать препятствия!!! Некоторые учёные, в основном те кто руководствуется больше не собственной логикой, а своими академическими знаниями… Подробнее »

Bong
Участник
Ответить на  Роман Рыбкин
11 дней назад

А если никаких гравитационных волн нет?
(их на самом деле нет)
Это я к тому на что современный образованный опирается своим разумом и куда его это может завести.

Геннадий Григорьевич
Геннадий Григорьевич
Гость
12 дней назад

Природа гравитации- давление эфира.

Предполагается, что при образовании материи (протон, водород, гелий и т.д.) из эфира, в атомах материи эфир отсутствует или присутствует в незначительных количествах и поэтому окружающий материю эфир оказывает на нее давление. Тогда чем больше материи, тем больше давление эфира.

Геннадий Григорьевич
Геннадий Григорьевич
Гость
Ответить на  Геннадий Григорьевич
11 дней назад

. Тогда чем больше эфира в среде тем ближе скорость света к вакуумной. В воздухе например она почти равна вакуумной. В воде эфира меньше и скорость света в ней меньше, а в алмазе она уже меньше половины от вакуумной. Значит в алмазе немного эфира содержится. Подтверждается моя идея в статье Природа гравитации давление эфира

Back to top button