物质的质量从哪里来牛顿第二定律

物质的质量从哪里来？愚者千虑必有一得
文/袁玉刚图/来自互联网
最早给“质量”下定义的是牛顿。他在《自然哲学的数学原理》中，开篇明义：“物质的量是起源于同一物质的密度和大小联合起来的一种度量。”质量和重量成正比。18世纪末，法国化学家拉瓦锡发现了质量守恒定律：化学反应前后物质的质量不变。
虽然原子不是“不可再分的基本粒子”，但原子却是保持质量守恒的最小粒子。也就是说，只要把原子的质量乘以原子的数量，物质的质量就求出来了。自从卢瑟福“轰击”原子以来，科学家们硬是撞出了一个“粒子动物园”，发现了上百种粒子，构建起了一个粒子物理标准模型。但是，科学家们依然遵循质量守恒定律。
最稳定的基本粒子有三种：质子（费米子带正电）、电子（费米子带负电）和光子（玻色子不带电）。它们共同组成原子。其余粒子稍纵即逝，是上述三种基本粒子的变体。
质子稳定、不衰变，直径约1.11286448×10的-15次方米，质量是938兆电子伏特/c2即1.672621637×10的-27次方千克，带1.6×10的-19次方库仑正电荷。
【物质的质量从哪里来牛顿第二定律】 电子稳定、不衰变，质量9.10938215×10的-31次方千克，带负电荷。
光子寿命较长，质量不大于10的-54次方千克。
中子平均寿命为896秒，直径约1.11337557×10的-15次方米，质量为 1.674927211×10的－27次方千克(939.56563兆电子伏特)，不带电。中子是质子和电子压在一起的产物。

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图1 原子和稳定粒子
原子可以分成原子核和核外电子。原子核又可以分成中子、质子和中微子。中子、质子可以分成夸克吗？科学家们说可以。但由于夸克禁闭，时至今日依然没有发现独立的夸克。
爱因斯坦技高一筹，把质量和能量结合在一起，提出质量能量守恒定律。

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图2 爱因斯坦
也就是说，物质的质量除了基本粒子的质量之和外，还包括把基本粒子结合到一起的能量。原子核和电子结合在一起的电磁能量占原子质量的一亿分之一；质子和中子结合在原子核内的核力能量占原子质量的1%；夸克占质子质量的5% 。质子质量的95%是什么？是“强力”产生的能量。
质量究竟从哪里来？
牛顿第二定律的微分形式：
F=mdv/dt+vdm/dt=ma+vdm/dt
已经告诉我们质量是从哪里来的。即在外力作用下，质量m会随着物体的运动速度v发生变化dm/dt，只是在速度较低时，这个变化很小，可以忽略。
爱因斯坦的质量能量相互转化的理论为质量的来源提供了另一条思路：外力可以提供能量，增加物体的质量。只是我们重视了质量能量相互转化，忽视了外力的促进作用。没有外力，太阳能够自动进行氢核聚变吗？这种取其一点不要其余的做法严重影响了科学的健康发展。
物质99%的质量来源于强相互作用，是目前主流的科学理论。也就是说，外力可以增加物体的质量点明了质量的来源，不管是转化还是集聚。这是一条颠扑不破的真理。
那么，质子和中子的质量来自哪里？
宇宙大爆炸理论认为：137亿年前，一个密度极大且温度极高的宇宙奇点发生大爆炸，产生夸克－胶子等离子体以及其它所有基本粒子，并且粒子－反粒子对不断地创生和湮灭。10的-6次方秒之后，温度10万亿开，夸克和胶子结合形成了质子和中子，仅有十亿分之一保留下来，而对应的所有反粒子则全部湮灭。几分钟后，宇宙的温度降低到大约十亿开尔文，大多数质子形成了氢的原子核，少数质子和所有中子结合，组成氘和氦的原子核。37.9万年之后，电子和原子核结合成为氢原子。

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图3 粒子
希格斯等人提出了希格斯玻色子理论：宇宙早期，希格斯场存在于整个宇宙中，粒子可以通过与希格斯场之间相互作用获得质量；希格斯玻色子是希格斯场的振动。通俗一点讲，宇宙就是一个希格斯场，遍布希格斯玻色子，粒子在这个场中自然与希格斯玻色子相互作用，获得质量。这是上帝的安排。
2013年3月14号，科学家们宣布欧洲大型强子对撞机LHC探测到了“上帝粒子”希格斯玻色子，完成了粒子物理标准模型的最后一块拼图。希格斯也获得了当年的诺贝尔物理学奖。
把这两种理论结合在一起，就是说一小部分质量起源于大爆炸，绝大部分质量源于强相互作用。如果有一种想法能够把两个起源都包括进去，大家能够接受吗?
我的想法基于旋聚，不管哪一种物质，都要在一个个旋涡里旋聚，从大到小，概无例外。
物质可以分成几个层次，最低层次是粒子；高一级是氢原子；再高一级是各种元素、同位素及化合物；最高一级是生物和人类。当然，人类的意识是最最高一级的物质。但不管哪一级都需要外力的旋聚，才能完成质量的增加和积聚。
恒星系的旋聚是宇宙中的基本现象。正是由于恒星系的旋聚，宇宙中均匀分布的氢才被一一吸引到一起，逐渐形成核聚变，产生氦和金属元素及其各种同位素，并且像释放焰火一样把它们喷撒到宇宙各个角落。宇宙才有了今日的丰富多彩。

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图4 旋涡与物质的关系
氦和金属元素及其各种同位素的质量除了氢的质量外，还有外力的能量因素。也就是说，旋涡力把氢旋聚在一起，增加其速度和压力，迫使其核聚变。从另外一个角度来看，氢被旋涡力约束，好像被引力吸引。其实，恒星内的引力就是旋涡力，是迫使氢定向流动的外力（有意者可以单独讨论），不是氢的万有引力。氢的万有引力确实太小了，在地球上氢都四散而去，怎么能自己聚在一起进行核聚变呢？非得有外力。人造太阳的艰难实验就是实证。
恒星系旋涡力提供了能量，不管是强相互作用还是弱相互作用。这些能量转化成氦和金属元素及其各种同位素的绝大部分质量。
氢的质量来自哪里呢？我的观点：来自于太初宇宙旋涡的两极大喷发。简单一点来说，太初宇宙旋涡从两极喷发出大量氢原子和各种粒子，宣告了宇宙的诞生。氢原子和各种粒子的质量就来源于太初宇宙旋涡力的作用。它们自身没有什么力，只是在太初宇宙旋涡力的作用下自转、公转、进动。在宇宙旋转轴旁边聚集氢原子和各种粒子继续旋聚，离宇宙旋转轴较远的各种粒子则很快衰变，留下不衰变氢原子孤孤单单向外扩散。中心积聚的原子多了，就会一边在宇宙旋涡的斥力（暗能量）作用下向外扩散即膨胀，一边在宇宙旋涡的引力作用下旋聚在一起，逐渐形成恒星。

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图5 旋涡两极喷发
太初宇宙旋涡的喷发是空间的经常性事件，但宇宙的诞生却是个偶然事件。就像婴儿出生是个经常性事件，但你、我这样的婴儿的诞生却是个偶然事件。宇宙就是在这样一个个偶然事件中发展到今天。
总的来说，是太初宇宙旋涡力的作用形成了氢原子和各种粒子的质量，不需要不明来源的希格斯玻色子；是宇宙旋涡力旋聚氢原子，形成了氦和金属元素及其各种同位素（除了氢原子的质量以外）的大部分质量。