higgs机制（量子论的奠基人是谁）_夸克_量子_质量

本文目录

• 量子论的奠基人是谁
• 质能方程E=mc^2中，光速c的平方有什么物理意义
• 在我们的宇宙空间内，有哪些基本粒子
• 基础物理学有天花板吗如果有，我们离天花板还有多远
• 相对论有个静止质量的概念，但是，整个宇宙都在不停的转啊转，那么静止质量是什么

量子论的奠基人是谁

Dirac,Jordan,Wigner,Heisenberg和Pauli等人在相对论和量子力学的基础上，引入了微观粒子量子场的概念，量子场的激发代表粒子的湮没。这样建立的相互作用量子场论可以描述原子中光的自发辐射和吸收以及电子和光子的各种电磁相互作用现象。Tomonarga,Schwinger和Feynman等人发展了一套可重整的微扰论计算方法，奠定了量子电动力学（简称QED)的理论基础，这一方法不但解决了量子电动力学计算中出现的发散困难，还提出了一整套按电子电荷实验观测值的幂次展开的逐级近似计算方法量子电动力学已经经受了几十年实验上的验证，成为了电磁相互作用的基本理论。

量子电动力学的成功和发展促使人们将量子场的概念推广应用到自然界所有粒子场以及它们所参与的四种相互作用中，用以描述粒子物理学中各种粒子的产生和湮没过程的物理现象.1935年，Yukawa提出了质子和中子通过交换x介子来形成原子核内很强的核力的理论。然而当人们将Yukawa理论与核力实验相比

较时，发现有效相互作用强度远远大于1，因此整个微扰理论计算变得没有了意义.20世纪50年代，放弃微扰论，发展不依赖于微扰展开的S矩阵理论和公理化

场论也有了相当的进展，但对迅速发展的强相互作用物理现象成效还不显著.另一方面，1958年Feynman,Gell-Mann,Marshak和Sudarshan确立了描述弱作用的

流在Lorentz变换下应当具有V一A的形式，称为普适费米型弱相互作用理论.尽管在最低阶的微扰论计算中，普适费米型弱相互作用理论可以给出同实验相符合

的结果，然而它是不可重整的，具有无法计算微扰论的高阶效应和其他原则性的困难，因此它只能作为低能有效理论.1967年，Weinberg 和Salam在Glashow的SU(2)×U(1)规范对称群模型中

引人Higgs机制，提出了电磁相互作用和弱相互作用统一理论，并预言了弱中性流的存在以及传递弱相互作用的中间玻色子的质量，该理论经历了一系列实验的精确检验，从而成为了电磁相互作用和弱相互作用的基本理论.1973年，Gross，Wilczek和Politzer提议SU(3）色规范群下的非Abel规范场论可以作为强相互作用

的量子场论，从而建立了量子色动力学理论（简称QCD).它已发展为强相互作用的基本理论，量子色动力学理论的渐进自由性质在高动量迁移下的物理过程中得

可了实验检验，对于低动量迁感的物理现象和强子结构，该理论则要面对夸克禁闭困难.电磁相互作用和弱相互作用统一理论与描述夸克之间强相互作用的量子色

动力学理论合在一起称为粒子物理学中的标准模型理论。这是20世纪物理学最重要的成果之一。在标准模型中，夸克、轻子以及传递相互作用的媒介子就是物质世界的基本单元，它们之间的相互作用规律遵从量子色动力学和电弱统一理论.实验表明，标准模型已取得了极大的成功，但同时也揭示它不是自然界的基本理论，而是更深层次（新能标）动力学规律的有效理论人们仍在深入探讨和发展更高能标下量子场论的新形式。

质能方程E=mc^2中，光速c的平方有什么物理意义

质能方程是划时代的，其在定量上将原本是相互独立的两个不同概念有机地联系了起来，使我们人类的认识获得了巨大的进步，形成了一个有机的世界观。

在质能公式中有三个物理参量，它们是能量、质量和光速。为什么光速可以将能量与质量相联系呢？

对于质能公式，我们不必纠缠于具体的细节，如光速的平方以及光速在公式中的具体位置。这是由物理量纲的一致原则所规定的，是物理公式能够成立的必要条件。问题的关键，在于能量与质量之比的系数是等于光速的。

因此，若要回答上述问题，首先需要我们明确能量、质量和光速的物理概念。它们都是描述自然中各种物理现象的物理参变量。

为了避免能量的紫外灾变，所以能量并非是连续的，所以能量是关于粒子运动能力的度量。

能量的不连续性，意味着在我们的宇宙中，存在着不可再分的最小粒子，即存在着量子。我们的宇宙是一个由无数个离散的量子构成的相对独立的封闭体系。

此外，根据卢瑟福实验，原子也并非实体，其体积仅只是由电子的高速运动所形成的封闭体系。因此，质量是被封闭的粒子关于其空间效应的度量。

于是，能量与质量（物质）的关系，就好比是单身与家庭?的关系。结婚?使两个单身的个人组成了家庭，而离婚则是家庭的解体，使个人又重新恢复了其单身的生活。

于是，离散的量子构成了宇宙的物理背景，成为量子空间，属于能量的范畴；而由数个高能量子组成的封闭体系，构成了宇宙中的物理对象，成为各种基本粒子、原子和分子，属于物质的范畴。

于是，能量与质量都是描述粒子运动所产生影响大小的物理参量。它们的区别仅在于粒子存在形式的不同。前者是自由的，后者则是封闭的。

至于光速，是受到激发的量子（光子）维持其相对于空间势能的速度。该速度的大小，主要取决于量子空间的密度，两者成反比的关系。所以，光速是描述空间密度的物理参量，而空间密度的大小决定了被封闭粒子空间效应的多少。

如果我们的宇宙是膨胀的，那么宇宙的量子空间密度就会有一个由大变小的过程。于是，光速以及作为空间效应的质量都会发生相应的变化。前者逐渐地增大，而后者却渐渐地变小。

所以，当高能的量子被封闭起来时，由能量转化为了质量，表现为量子由原来的光速运动转变为自由运动的消失；反之，当被封闭的量子重新获得自由的光速运动时，意味着封闭体系的解体，使质量转化为了能量。

综上所述，能量之所以能够与质量相互联系和互为转化，是因为量子存在状态的转变。而量子存在状态的重要标志，就是该量子是否具有自由运动的光速。这就是为什么，质能转换的比例是光速的原因。

在我们的宇宙空间内，有哪些基本粒子

基本粒子是宇宙中最小的已知构造块。人们认为它们没有内部结构，从理论上研究人员将它们视为零维的点。电子可能是最熟悉的基本粒子，但是描述粒子和几乎所有力的相互作用的物理学标准模型包含10个基本粒子。

上图：标准模型

电子和相关粒子

电子是原子中带负电荷的成分。尽管它们被认为是零维点粒子，但电子本身却被其他虚构的粒子围绕着，这些虚粒子不断地闪烁着存在和消失，它们实际上是电子本身的一部分。一些理论预测，电子具有一个轻微的正极和一个轻微的负极，这意味着这些虚粒子云应该因此有点不对称。

如果是这样的话，电子的行为可能会不同于其反物质正电子，从而有可能解释有关物质和反物质的许多奥秘。但是物理学家已经反复测量了电子的形状，并据所知发现它是完美的圆形，这使它们对反物质之谜失去了一条线索。

电子有两个较重的表兄弟，称为μ子和τ子。当来自外太空的高能宇宙射线撞击地球大气层时，会产生μ 子。τ子比电子重3400倍，甚至更稀有且更难生产。

中微子、电子、μ子和τ子构成一类称为轻子的基本粒子。

夸克及其古怪的家族

构成质子和中子的夸克是另一种基本粒子。夸克与轻子一起构成了我们认为是物质的东西。

曾几何时，科学家认为原子可能是最小的物体。这个词来自希腊语“ atomos”，意思是“不可分割”。在20世纪初，原子核被证明由质子和中子组成。然后，在整个1950年代和60年代，粒子加速器不断揭示出一系列奇特的亚原子粒子，例如Pi介子和K介子。

根据加利福尼亚SLAC国家加速器实验室的历史报告， 1964年，物理学家Murray Gell-Mann和George Zweig分别提出了一个模型，该模型可以解释质子，中子和其余粒子的内部工作原理。质子和中子是由被称为夸克的微小颗粒构成，有六种可能的类型或“味”（术语叫“味”）：上、下、奇、魅，底和顶。

费米子是一类基本粒子。它们很小，很轻。费米子可以被认为是物质的组成部分，因为原子是由费米子组成的。保罗·狄拉克（Paul Dirac）将它们命名为费米子，以纪念著名科学家恩里科·费米（Enrico Fermi）。

上图：夸克可以组合成各种符合粒子

质子由两个上夸克和一个下夸克组成，而中子由两个下夸克和一个上夸克组成。上下夸克是最轻的夸克。由于质量更大的粒子趋向于分解成质量较小的粒子，因此上下夸克在宇宙中也是最常见的。因此，质子和中子构成了我们所知道的大部分物质。

到1977年，物理学家已经在实验室中分离出六个夸克中的五个——上、下、奇，魅和底，但是直到1995年，伊利诺伊州费米实验室国家加速器实验室的研究人员才发现了最后一个夸克，即顶夸克。与后来搜寻希格斯玻色子的过程一样，寻找它的过程也非常艰难。顶夸克很难产生，因为它比上夸克重约100万亿倍，这意味着制造它的粒子加速器需要更多的能量。

力的基本粒子

除开上述构成物质的粒子之外，接下来是构成基本力的粒子。自然界的四个基本力：电磁力，重力以及强弱核力，每个都有一个关联的基本粒子。

• 光子是最著名的，它们承载电磁力。

• 胶子携带强大的核力，并在质子和中子内部束缚夸克。

• 介导某些核反应的弱力由W和Z玻色子两个基本粒子承载。根据欧洲核子研究组织（CERN）的说法，中微子仅能与弱力和重力互动，它们会与这些玻色子相互作用，因此物理学家能够首先使用中微子为其存在提供证据。

• 重力在这里是局外人。尽管物理学家怀疑它可能具有一个相关的基本粒子，这被称为引力子，但它并未并入标准模型。如果存在引力子，则有可能在瑞士日内瓦的大型强子对撞机（LHC）上制造它们，但根据欧洲核子研究组织（CERN）的描述，它们会迅速消失到其他维度去，而在原地留下一个空白区域。到目前为止，大型强子对撞机还没有发现引力子或额外维度的迹象。

玻色子是一种具有整数自旋的粒子。（“ 自旋 ”是分配给质量的亚原子粒子）。玻色子携带能量。光子是玻色子的一个例子，因为它的自旋为1。玻色子不同于费米子，费米子是组成物质的粒子。玻色子服从Bose-Einstein统计。（这意味着您可以将它们中的两个同时放置在同一位置）。保罗·狄拉克（Paul Dirac）将该类粒子称为“玻色子”，以纪念著名科学家萨特恩德拉·纳斯·玻色（Satyendra Nath Bose）。

上图：模拟显示了在大型强子对撞机中两个质子碰撞时希格斯玻色子的产生。希格斯玻色子迅速衰变为四个μ子，这是一种重电子，未被探测器吸收。介子的轨迹以黄色显示。

希格斯玻色子

最后是基本粒子之王希格斯玻色子，它负责赋予所有其他粒子以质量。搜寻希格斯玻色子是科学家努力完成其标准模型清单的一项重大工作。当希格斯终于在2012年被发现时，物理学家们欣喜若狂，但结果也使他们陷入困境。

希格斯玻色子的样子与预想的差不多，但科学家们希望了解更多。已知标准模型并不完整；例如，它缺乏对重力的描述，研究人员认为找到希格斯玻色子将有助于指出其他可以取代标准模型的理论。但是到目前为止，它们一无所获。

上图：希格斯玻色子与各种基本粒子的互动关系。

总结

这里只是谈到已经发现了的基本粒子，而非所有基本粒子。这个宇宙还有很多未知的成分等待我们去发现。

基础物理学有天花板吗如果有，我们离天花板还有多远

基础物理学有没有天花板，这个问题正规的科学家都不能告诉你答案。但是，我们的研究现状，有没有遇到天花板，那就比较清晰，可以肯定的说，遇到了。

现代科学的两大支柱

19世纪末经典物理学差不多就被技术榨干了，当时的初出茅庐的普朗克，请教导师学习方向，导师都建议他不要挑选物理这种没有前途的专业，所幸普朗克不是一个听话的好学生，因此，20世纪初，因缘际会间，诞生了相对论和量子力学。

这两大理论将经典物理的世界砸了个稀巴烂，然后，在上面建立了更辉煌的宫殿，直到今天大家都仍旧在仰望感叹。

如果说，人类挖掘自然规律是一场战争的话，理论物理是正面战场。自20世纪中叶以来，人类奋战半个世纪，竟无寸功！引用剑桥大学物理学家Neil Turok的话：“自1970年代后，所有的理论工作都还没有产生一个成功的预言。”理论物理已经原地踏步快半个世纪了！但是回想起牛顿初创科学的时代，毕竟发展到今天，用了300多年，半个世纪没有进步，也是正常的现在吧。

现代应用科技的出路，碰碰量子力学的运气

相对论直到今天几乎还是一块未开垦的处女地，工程师正面硬撼相对论，显然有些底气不足。那么剩下的也只能试试能否将量子力学，玩出新花样了。

人类这一百年的技术进步主要得益于消化量子力学，消化方式也简单粗暴：量子力学》新材料》应用技术。比如半导体材料导致计算机诞生。现在的材料学、化学、固体物理、核物理的理论基础都是量子力学，可见影响之大。但这些都是量子力学的间接应用，离量子论的核心还差得远，离广大同学的吃瓜热情要求还有一段很大的距离。

突破天花板，要靠量子力学的直接应用

量子力学的直接应用，目前主要集中在量子通信，量子纠缠的直接应用；以及量子计算机，则是量子叠加态的直接应用。

爱因斯坦觉得量子论原理过于荒诞，于是提出了量子纠缠：以这种瞬间的信息传递不符合相对论来击溃量子论；结果哥本哈根派反而借此东风，把爱因斯坦为代表的经典派揍得鼻青脸肿，最终形成了量子信息论！对，这就是量子通信的起源。但是量子纠缠原理直到今天仍旧是全瞎，所以目前的应用也只能浅层次的使用，离同学们幻想中的瞬间移动，中间还差了10只薛定谔的猫。典型代表是中国的墨子号，如果按照宣称达到的技术水平，堪称黑科技，但现在争议仍旧很大。

传统计算机只能把数据一组一组塞到处理器里，而量子计算机可以把多组数据叠在一起，一次性塞进去。这是量子计算机最主要的优越性：并行计算。总的来说，用叠加态描述信息，1个量子态可以同时包含2个信息，2个量子态就是4个，3个量子态就是8个，以指数增长。这是非常惊人的，传统的32位处理器一次只能塞32个信息，而10个量子态一次就可以塞1024个信息，如果增加到50个，性能就达到了当前最快的超级计算机，而100个量子态就达到了全世界计算能力总和的100万倍。

结语

如果这两个科技应用可以获得突破，人类文明将进入新的层次，但是，这并不值得高兴太久，因为这并不代表人类在与自然争斗的战场上高歌猛进，相反，它可能是人类对现存理论物理的最后一点应用开发了。那时候，题主的问题才会成为每个人深切的痛楚，是的，人类文明终于碰到了科学与科技发展的天花板了。

我是猫先生，感谢阅读。

相对论有个静止质量的概念，但是，整个宇宙都在不停的转啊转，那么静止质量是什么

题主读过很多书，懂得很多概念，但却迷失在真正的懂得道理之前，这是人世间最大的悲剧。为了同学们不重蹈覆辙，我试着来讲一讲自己的体会，虽然只是皮毛。

物理名词定义的重要性

物理量在物理学中都有着明确严格的定义，任何对于这些物理量的讨论，都必须是在一定的范围内进行。简单的说，当讨论物理时，任何不给出定义就开始针对这个名词进行讨论的行为都是耍流氓。

这是很多民科同志常常犯的错误，希望大家引以为戒。

题目中的静止质量，在狭义相对论中，有着明确严格的定义——在相对物体静止的参考系中测得的质量。

静止质量是一个标量，它不随着参考系的变化而变化，而随着参考系变化而变化的的质量，我们可以称之为“相对质量（动质量）”。

静止质量是个什么鬼

能量和质量都是物质的属性，属性必然是依附于物质而存在的。缺失关键属性的物质也是不能单独存在于宇宙中的，而最接近于纯能量的物质，就是我们的光子，但换一个角度理解，其实光子只是没有静止质量而已。

同学们有点懵了，我们简单的说吧，静止质量 m0 是物体的内禀属性，是独立于参照系的选择，对应于牛顿力学（低速情况）的质量。

而回到爱因斯坦的相对论中时，一切讨论要基于质量能量关系公式出发：

从公式里面可以看出来，物体的内禀属性就不单单只有质量了！而是包含能量、质量、动量在内，都是物质的属性。此时的质量，我们称为物体的相对质量（动质量），它会根据物质所处的状态，表现出各种各样的反应变化，总体呈现出能量的不同表现形式。

所以，不管宇宙怎么转，看你在什么范围使用这个概念，只有在牛顿的定律统治的宇宙中，静止质量才具有使用的意义。

质量的起源

这个标题一出，我自己都不禁一身冷汗！质量的本质或者起源？那就得请出杨振宁的标准粒子模型来啦！我们开始飙车——

宇宙中可见物质的质量主要集中于原子核，原子核由质子和中子构成；根据夸克模型，质子是由两个u夸克和一个d夸克构成的，而中子是由一个u夸克和两个d夸克构成的。u夸克和d夸克的质量分别为3MeV和5MeV，这部分质量通过Higgs机制获得，占质子总质量的1%；剩余的99%的质量则来源于强相互作用。

至于过程原理分析实在过于惨无人道，我随便贴个公式——大家自己悟道吧。

结语

题主的困惑点其实在于概念的适用范围，搞清楚了，这题目就结了。

可是宇宙中的物质根据我们了解，有物质和暗物质两种。其中暗物质的质量更是占据85%以上，而暗物质是一定不参加强相互作用的，与目前我们掌握的物质质量机理大不相同。

科学的道路仍然漫长，同学们的探索之路才刚刚开始而已。

我是猫先生，感谢阅读。