嚴格的來說質量就是相對的。因為幾乎所有質量都是能量轉化而來的。物體的能量狀態也是相對的，因為速度是相對的，所以質量也是相對的。宇宙中沒有絕對的質量，也沒有絕對的能量。

從質子說起……

質子的質量不僅僅是其各個部分的總和。透過大量的研究，科學家們弄清楚了造成質子這個亞原子粒子質量的原因——並非之前想象的那樣。

質子由三個更小的夸克組成。將夸克的質量相加應該就可以得到質子的質量，這貌似是合理的。但是事實並非如此，實際上三個夸克的總質量的數字太小了，無法解釋質子的總質量。新的詳細計算表明，質子重量僅有9％來自誇克質量，其餘部分則來自粒子內部發生的複雜作用影響。

上圖：質子與中子的夸克構成。

質子由兩個上夸克和一個下夸克組成。一箇中子由兩個下夸克和一個上夸克組成。它們相似的成分使它們從強力中獲得的質量幾乎相同。但是，中子的質量比質子的質量稍大——這種差異至關重要。中子衰減成質子的最終效果有利於物質世界的化學反應，並進而推動了生物化學的過程。如果質子更重，那麼它們將衰變為中子，如此我們所知的宇宙將不可能存在。

事實證明，下夸克與希格斯場的相互作用更強，因此其質量要更大一些，這就是為什麼質子和中子質量之間存在微小差異的原因。

上圖：希格斯機制的草帽形作用特徵——高能量確保了對稱性、不產生質量；低能量導致對稱性破缺併產生質量。

2012年物理學家首次探測到了希格斯玻色子，夸克透過與這種基本粒子的耦合過程獲得一部分質量。但希格斯玻色子給夸克帶來的質量很少，甚至只是夸克質量的一小部分。因此對於質子來說，希格斯機制的仍然不足以解釋質子的質量。

相反，質子的9.38億電子伏特的質量中的大部分來自量子色動力學（QCD）的機制。量子色動力學是一種解釋亞原子粒子內部粒子規律的理論。科學家使用該理論以數學方式研究了質子的性質。但是使用量子色動力學進行計算非常困難。因此，他們使用稱為點陣量子色動力學（LAT-iss QCD）的技術簡化了計算。這個技術將時間和空間分成網格。夸克只能存在於網格中的點上。這就好比國際象棋只能在棋盤的網格上行走，而不是任意位置。

上圖：點陣量子色動力學，基本原理示意。

物理學家以前曾使用這種技術來計算質子的質量。但是直到現在，他們還沒有搞清楚質子的哪一部分究竟提供了多少質量。研究者發現，除了夸克的質量外，另有32％的質量來自於夸克在質子內部運動的能量。

能量和質量實際上是同一枚硬幣的兩面。愛因斯坦的質能方程E = mc^2簡潔地描述了這麼一個本質。（E是能量，m是質量，c是光速）

在夸克間存在著無靜質量的粒子被稱為膠子，它幫助夸克結合在一起，其能量貢獻了質子質量的36％。其餘的23％來自誇克和膠子以複雜方式相互作用時產生的效應。

希格斯場和質量的關係

粒子質量的故事始於大爆炸之後。在宇宙的最初時刻，幾乎所有粒子都是無質量的，它們以光速在非常熱的“原始湯”中傳播。在此期間的某個時刻，希格斯場的“大幕”開啟，滲透到宇宙中並賦予了基本粒子以質量。

希格斯場存在時，位於其中的粒子行為方式會發生改變。一種最常見的隱喻是將希格斯場比喻為一桶糖蜜或濃糖漿，當一些粒子穿過時，這種糖漿或濃糖漿會減慢它們的速度。

還有人則把希格斯場想象成是聚會上的人群或粉絲。當著名的科學家或名人走過，人們簇擁著他們，使它們步履蹣跚，但是這些平凡的“粉絲”們的面孔卻往往被忽視。“明星”越出名，粉絲和擁躉就越多，“氣（zhi）場(liang)”也就越大。

但是為什麼有些粒子與希格斯場的相互作用比其他粒子更多？簡單的答案是：不知道。

希格斯場使基本粒子（即電子、夸克和其他不能再分的粒子）產生質量。但是這些仍然只佔宇宙質量的一小部分。

宇宙的其餘的質量來自質子和中子內部的其它部分——幾乎大部分來自強大的核力。這兩種粒子都分別由三個夸克組成，它們以極快的速度運動，並由膠子束縛在一起，膠子攜帶著強大的力。夸克與膠子之間相互作用的能量也構成質子和中子的質量。

愛荷華州立大學的物理學家約翰·拉約（John Lajoie）說：“將三個夸克放在一起形成一個質子時，最終會在空間的一個很小的區域中束縛巨大的能量密度。”

上圖：質子結構的的觀念變遷。1980年代（左）為單純的三夸克模型，而現在科學家們發現夸克之間存在著複雜的虛粒子作用，這些作用儲存了大量的能量（質量）。

也就是說，我們所認為的幾乎永恆的質子的質量實際上是由質子內部的夸克的運動的能量及其相互作用的能量所構成的，一旦夸克的這種運動停止，那麼質子也會衰變而失去這部分質量。因此對於微觀粒子的質量來說，其質量並非一種永恆的東西。中子會喪失質量衰變為質子，而質子據科學家們估計也會衰變。所以從微觀角度來說，並沒有永恆的絕對的質量。

相對論質量

質量的概念一直是物理學的基礎。它出現在該學科的早期，隨著物理學的發展，其重要性數個世紀以來逐步提高。其定義可以追溯到伽利略和牛頓，他們認為：質量是使物體能夠抵抗外部施加的運動變化的屬性。牛頓使用質量定義動量和力向量：他將物體的動量定義為p = m v（其中v是物體速度），並且將力定義為物體動量的增長率：F = d p / d t。當物體的質量恆定時，力的計算公式變為F = m dv/ dt = ma，其中a是物體的加速度。

這個質量的定義被直接使用了近兩個世紀。然後愛因斯坦在他的運動理論——相對論中，將質量的定義變得更加複雜。上面的質量定義對於靜止的物體仍然成立，因此被稱為物體的靜止質量，一般表示為m0。

但是，當物體運動時，我們發現其力-加速度關係現在取決於兩個量：物體的速度以及其運動方向與作用力之間的角度。當我們涉及的力沿三個相互垂直的空間軸分別產生加速度，我們會發現，在三個運動的方程上會出現一個因子：γ，其中γ即洛倫茲因子 γ =（1-V^2 / C^2 ）^-1/2在相對論中經常出現。

速度依賴性質量的想法實際上可以追溯到洛倫茲的研究。他在1904年發表的論文《在速度小於光速的系統中的電磁現象 》介紹了電子的“縱向”和“橫向”電磁質量。有了這些，他就可以寫出電子在牛頓形式的電磁場中的運動方程，只要電子的質量被允許隨其速度增加而增加。1905年至1909年間，普朗克、劉易斯和托爾曼建立了相對論的力、動量和能量理論。事實證明，單一質量相關性可用於任何加速度，因此，如果認為牛頓的原始表示式p = mv中的m是與速度相關的“相對論質量”的話，那麼物體的質量就可以與物體的加速度方向獨立開來。

因此，以速度v運動並且其動量為p的物體具有相對論質量，該相對論質量由m = p/v給出，並且得出的總能量應為mc2。靜止質量為M0的物體的相對論質量為γM 0。

於是透過m =p/v這個經典公式可以巧妙地定義了一個光子的相對論質量：它以速度c移動並具有能量E，電磁理論給它提供了一個動量p =E/c，因此它具有相對論質量p/v = E/c^2。而表示式M =γM 0不適用於γ為無限大的光子。

但將光子質量寫為M=γm0不會導致任何矛盾，因為我們定義了光子的靜止質量為零。

上圖：相對論（性）質量的簡單示意。

似乎是劉易斯（Lewis）在1908年引入了恰當的速度依賴性質量的概念，後來才出現了“相對論質量”一詞。

吉爾伯特·劉易斯（Gilbert Lewis）實際上是一名化學家，但卻在物理學中小有名氣，它成名的另一個說法是在1926年命名了光子。相對性質量(後來被譯為“相對論質量”)一詞，在泡利、艾丁頓和伯恩在1920年代早期撰寫的相對論文字中很頻繁地出現。

但是，靜止質量仍然通常在物理學的許多領域中廣泛使用，而相對論質量則主要限於狹義相對論的動力學。因此，物體的靜止質量往往被簡單地稱為“質量”。

相對論中，移動觀測者按洛倫茲因子γ縮放的量並不侷限於質量。在科普文章中經常採用的示例中我們常常見到的另外兩個被探討的可縮放的量是：物體在運動方向上的長度或人的衰老速率。當高速經過觀察者時，觀察者會覺得這兩個量都會降低γ倍。

一個物體具有的靜止質量等於其靜止時的相對論質量。當該物體移動時，它的加速度取決於它的相對論質量（當然也包括它的靜止質量）和它的速度。

上圖：相對論質量並非指物體本身的質量增加了（左），現在比較理想的假說是物體在時空的網格當中高速運動時時空網格的堆積隨速度增大而更密集了，因而表現出更高的質量（右）。

當粒子運動時，相對論質量提供了一種非常簡便的描述，可以自然地納入對粒子運動狀態的描述。例如，假設我們將一個物體放在一組秤上，這些秤能夠測量出令人難以置信的微小重量增加。現在加熱物體。當其溫度升高導致其構成的物質微粒的熱運動增加時，秤上的讀數將增加。

看了不少答案，有點急於下結論。其實，這個問題的水很深很深。有兩個子問題：

其一，質量的本質性定義是什麼？這可是超現代物理問題，目前還沒有足夠的理論基礎。

其二，相對與絕對的關係是什麼？這個有太多的誤解，甚至不少科學大家也是稀裡糊塗。

本文，姑且作為《質量導論》(On Mass)。先回答第二子問題，運用對立統一法則；再回答第一子問題。作為徵求意見稿，僅供參考。

1 相對性與絕對性，是真理的二重性

雖然，真理是正確無誤的命題；但是，真理皆有相對與絕對的二重性，二重性即對立統一。

真理的相對性，指真理只適用於特定條件；真理的絕對性，指在特定條件下是絕對正確。

慣性定律的條件是合外力為零：ΣF=0，若作極限操作：m△v/△t→0，則逼近：v₂=v₁

熵增原理的條件是非開放系統：外部環境是一個絕對遞弱狀態，對系統沒有任何干擾。

敵我命題，取決於最大利益。抗日戰爭國共兩黨統一戰線；解放戰爭國共兩黨是敵我關係。

張伯倫說的好，只有永恆的利益，沒有永恆的朋友。不過，最大利益未必都是經濟利益。

必須指出，錯誤或瑕疵的命題，不是真理，既沒有真理的相對性，更談不上真理的絕對性。

例如，洛倫茲變換(簡稱γ因子)的前提條件是：光是光源發射出來的，而不是場介質被光源激發出來的，故該因子的推論都是偽命題。

2 質量守恆定律，也有真理的二重性

所有經典的原理與定律都是特定條件下的真理，因此都有相對與絕對的二重性。但是被誤導或有瑕疵的所謂“原理”，不在此列。

所有守恆定律，如質量~、能量~、動量~、電荷~、資訊~，其特定條件都是非開放系統。

宏觀尤其在化學的質量守恆，是毋容置疑的。微觀尤其在核物理，似乎有質量虧損與質量爆增（希格斯機制），其實是γ因子在誤導。

例如，在著名的正負電子湮滅方程中，即在：e↑+e↓+2×½m₀c²→γ↑+γ↓+2hc/λ₀...(1)，有人說，電子質量徹底虧損而轉換為能量了。

其實兩邊能量相等：2×½m₀c²=2hc/λ；兩邊質量也相等：2e=2γ=2×0.51=1.02MeV/c²。

顯然，我們寧可服從邏輯自洽法則，也不願有自相矛盾，寧可服從質量守恆與轉換原理：

質量是物質的結構性總量指標，

這裡的電子被解構或簡併為光子，電子急劇膨脹為光子，電子質量轉換為光子質量：電子質量≡光子質量。

能量是物質的運動性總量指標，

電子動能轉為電磁輻射能½m₀c²=hc/λ₀...(2)，λ₀=4.85pm，是宇宙中電磁波的最短波長。

3 質量的本質，及其定義的特定條件

這是一個課題，質量的定義與本質，這關乎大科研，如大統一理論，強子質量方程。加上能量的定義與本質，都是頭疼問題。

3.1 質量的定義，需要重新審定

質量的定義有三個版本：摩爾質量（基於阿伏伽德羅常數）、慣性質量（基於牛頓第二定律）、引力質量（基於萬有引力定律）。

但都沒有揭示質量的本質，因為至少有不能釋懷的所謂“質量虧損”與“質量爆增”，這有悖於質量守恆定律，邏輯上不自洽。

筆者一貫主張，精準定義是科研的靈魂。基礎物理學涉及的質、能、波、磁、電、場、力等範疇都有必要重新整理定義，直至無懈可擊。

3.2 從感覺與直覺，切入質感

從對空氣的感覺與直覺之現象切入本題。

現象1：如果我們在無風時漫步行走，感覺不到空氣有什麼質感。似乎空氣就是真空。可是，如果我們奔跑，迎面就有風壓，為什麼？

現象2：如果我們在有風時佇立不走，就會有一種風的質感，冬天會有寒風刺骨。可是，如果我們順風奔跑，迎面沒有風壓，為什麼？

動力學解釋：設平靜的空氣密度為ρ₁，臉部面積為A，只要臉面與空氣接觸面有相對運動，面前空氣就會被擠壓，區域性空氣的密度就會增大(ρ₂>ρ₁)，空氣壓強加大(p₂>p₁=kρ₁)，面部風壓加大(F₂>F₁=kρ₁A)，臉就有了質感。

3.3 空氣質量涉及三要素

空氣質量涉及三個要素：粒子質量(m)、空氣體積(V)、場效應質量增量(m")。

要素1：粒子的電子質量當量(nm₀)

電子是最穩定的最小質量單元，以油滴實驗可公設電子質量常數：m₀=9.1×10⁻³¹kg ...(3)。

顯然，粒子質量(m)與電子質量當量數(n)成正比：m=nm₀...(4)

要素2：空氣所佔空間的體積(V)

超凝聚態體積，因核內電子間距極小而變化極小，核內電子震盪極快(v=c)，場質量增量極大(m"=nm₀R³/r³)，可歸於希格斯機制。但不宜用m=m₀/√(1-v²/c²)來解釋。

凝聚態體積，因原子的核外電子間距較小而變化較小，核外電子震盪速度較快(v≈αc)，也涉及場質量增量，但遠弱於核內電子場效應。

氣態體積，因原子的核外電子間距很大而變化很大，核外電子的震盪速度較慢。因此，場質量增量可以忽略不計。

要素3：氣流速度(v)導致場質量增量(m")

空氣流動的本質是電子的速度增量(v₀+v)擠壓空間場，場介質被激發電磁波縮短了波長，進而加大了場介質密度：場密增倍數=體縮倍數

有：ρ=ρ₀(λ₀/λ)³...(5)

或：m"=m₀R³/r³...(6)， 詳見《統一方程組》

而，½m₀v²=hc/λ...(7)

有：λ=2hc/m₀v²...(8)

故，ρ=ρ₀(v/v₀)⁶...(9)

密度增量的本質是場質量的增量，因為電子當量質量(nm₀)是常量，v₀是場介質隨同粒子的原有震盪速度，v是填空達到動態平衡時的末速度。△v是實際氣流或者飛行擠壓的位移速度。

4 氣態與中子態的場質增效應的例題

例1：設空氣分子原有速度v₀=630m/s，颶風或飛機△v=370m/s，則v=v₀+△v=1000m/s

場新密度：ρ=ρ₀(v/v₀)⁶=ρ₀(10³/630)⁶=16ρ₀

場原密度：ρ₀=m₀/4.2r₀³...(10)

其中，r₀=λ₀/2π=hc/πm₀v₀²=0.175 [m]

則有，ρ₀=m₀/4.2r₀³=4.04×10⁻²⁹[kg/m³]

進而，ρ=16ρ₀=6.4×10⁻²⁸[kg/m³]

本例表明：空氣所含的場密度極其稀薄，即使超音速飛行器的音爆效應，密度爆增19倍，對空氣密度1.29kg/m³的貢獻也是微乎其微。

例2：設中子質量方程：中子=正負電子+場介質：p⁺(1840m₀)=e±(2m₀)+m"(1838m₀)，其中，m"是場質量增量。求作為中子的前身氕原子的半徑R。

解：中子可看成半徑氕原子半徑R被壓縮到半徑為8.5費米的核子，電子以光速震盪。

電子激發的光子波長與光子半徑：

λ=2hc/m₀c²=4.85×10⁻¹²[m]

r=λ/2π=0.77×10⁻¹²[m]

兩電子激發的場質量增量：m"=nm₀R³/r³

R=³√m"r³/nm₀=³√1838r³/n

=r·³√919=0.77×10⁻¹²×9.7=7.5×10⁻¹²[m]

按場質增的氕原子半徑：

R(m")=7.5pm ...(11)

而按½m₀v²=ke²/R，若 v=αc...(12)，

R=2ke²/m₀v²=1.05×10⁻¹⁰=105pm

按α係數的氕原子半徑：

R(α)=105pm...(13)

R(m")與R(α)，孰是孰非？筆者認為，前者比較可信，因為可解釋核子質量暴增與核子半徑。按R(m")反推繞核速度v，有：

v²=2ke²/Rm₀=2×9×10⁹×(1.6×10⁻¹⁹)²÷ (7.5×10⁻¹²×9.1×10⁻³¹)=4.82×10=67.5×10¹²

即：v=8.2×10⁶ [m/s]≈3.7αc...(14)

把v=3.7αc作為電子基態速度，對應的原子光譜波長λ=2hc/m₀v²=6.5奈米，為遠紫外線。

▲在核子內部，希格斯機制並不是使用一種奇蹟式的無中。——此類說法，撲朔迷離。物理新視野希望，夸克環不過是電子近核點到遠核點運動的一種震盪。結語

質量，作為基礎物理的重要範疇，迄今尚無自洽的定義，導致物質的質量與能量兩大屬性混亂，尤其是質量虧損與質量爆增自相矛盾。

質量守恆與轉換或物質不滅定律，化學反應方程式經過配平操作成為質量方程式。然而，核反應方程式，卻無法配平為質量方程式。

本文，基於場效應的質增效應，對把“核反應方程”變成“質量方程式”做了量子化的嘗試。基本理念是：把所有的玻色子，諸如——介子(W±/Z⁰)、膠子(π±/π⁰)、光子、聲子、中微子(疑似γ光子)、軸子、虛粒子、交換子、傳播子、引力子——都統稱為場介質(量子)。

場質量增量(m")取決於電子震盪速度，質量方程寫成：實體質量=電子當量+場介質，即：

m=nm₀+m"...(15)，m"=nm₀R³/r³...(16)，

m=(1+R³/r³)nm₀...(17)

Stop here。物理新視野與您共商物理前沿與中英雙語有關的疑難問題。

質量是相對，因為速度越快，質量越大。首先愛因斯坦相對論也是屬於空間最基礎的理論，存在著不完善的理論。近代以來人類空間的理論研究停滯不前，人類速度無法實現到達半光速或者接近光速。也無法觀測速度半光速或者接近光速，得到空間的理論各種資料和現象。地球人類只能用低速預測高速，但是人類無法得到實際觀測，半光速或者接近光速各種空間的實際理論，資料和現象並且得到確認。