這是一個科學發現的偉大故事，但是真正的主角卻被玻爾、薛定諤、愛因斯坦等人的光環所掩蓋。

●這張照片裡找不到本文要介紹的科學家。

這位偉大的科學家，就是艾米.諾特（女的），真正意義上的科學女王。

為什麼能量要守恆？為什麼動量要守恆？

為什麼永動機是永遠也無法造出來的？

在1915年之前，物理學家們只知道能量守恆和動量守恆是長期實驗觀察中的結果，因而成為一種所謂的原理。但是並沒有人知道其背後的原因。

科學家存在的意義，就是告訴人類無法用肉眼看到的規律。

牛頓萬有引力定律，規律表現在距離平方的倒數關係，這是在空間中無法觀察到的。在地球和太陽之間能看到平方嗎？能看到倒數嗎？這是看不到的，這是牛頓告訴我們的。

但是，並不是所有的科學定律，都具有相同的發現難度。

牛頓萬有引力定律相對來說比較簡單。因為可以從某種幾何測量中得到一系列的可觀測資料，然後再透過對這些可觀測資料進行分析，可以猜到一些關鍵的節點，比如說平方關係。

在牛頓之前，開普勒透過對行星圍繞太陽運動的長期觀測，已經確立了一些關係。開普勒告訴我們：行星圍繞恆星運動的軌跡是一個橢圓，恆星位於橢圓的焦點；恆星與行星之間的連線，在相同的時間掃過相同的面積。

橢圓是一個二次曲線，而面積也是尺度平方的關係，這給了牛頓以啟發。

先從實驗資料的積累開始，總結出一般性規律。然後再把得到的規律應用於實踐中，再根據實驗中的資料對原來的規律進行修整。

在20世紀以前，人類發現的科學定律，基本上都是這樣確立的。

●萬有引力的測量裝置，可以檢驗萬有引力定律的正確性。

形而之上謂之道，這是支配物質世界的第1層規律。道之上更有道，這是世界的第2層規律。

牛頓萬有引力定律是物質世界的第1層規律，能量守恆和動量守恆，就是道之上的道。

道之上的道，其作用超越了物質的形體變化，所以無法從直接觀測物質世界的運動情況總結出其背後的原因。

像動量守恆和能量守恆這樣的物理規律，長期以來是預設正確和存在的。

1915年，也就是廣義相對論發表的那一年，艾米.諾特證明了一個重要的定律：如果一個數學形式可以經過某種連續變換，保持形式上的不變，則必然有一個守恆的流形與之相對應。

這個定律被稱為諾特定律（正式發表是在1918年）。

一個數學形式經過某種變換保持形式上的不變，從幾何學上可以理解為某種對稱性。就比如說人在鏡子前面，鏡子裡和鏡子外面的人的影像是對稱的，以及水面倒影的景物也是對稱的。

如果我們在鏡子外面做物理實驗總結出物理規律，與鏡子裡面觀察到的資料總結出來的物理規律是一樣的，這被稱為宇稱守恆。

我們在鏡子外面拋一個石頭，它的軌跡是一個二次曲線；我們測量鏡子裡面石頭的運動軌跡，也是一個二次曲線。

所以，我們可以說鏡子外面的規律，經過了鏡子的對映完成了一個變換，但是保持了數學形式上的不變性。

諾特定律把對稱性和守恆性關聯在一起，這就是道之上的道。

動量之所以守恆，是因為時空具有旋轉對稱性；能量之所以守恆，是因為時空具有平移對稱性。

如果對稱性被打破，守恆性就會被打破。

現在，我們可以來回答這個問題了：希格斯玻色子賦予了萬物質量，誰賦予了希格斯玻色子質量？

希格斯玻色子在高能標下，對稱性會自發破缺，自動獲得質量。

●下面這張圖是希格斯玻色子獲得質量的示意圖。

用最通俗的大白話來說，希格斯玻色子從能量的最高點滾下來的時候，就會獲得質量。這種質量的獲得方式，被稱為希格斯機制。

2013年，在歐洲強子對撞機工作的科學家宣佈發現了希格斯玻色子，正式確認希格斯機制的正確性。

但是，不要忘記，艾米.諾特才是20世紀中後期一系列偉大科學發現的媽媽。

●艾米.諾特（1882~1935），科學界唯一女皇。

對稱性、對稱性破缺和質量起源，涉及到了一個數學概念：數學變換。

在諾特定律之前，沒有人認識到數學變換對於物理發現的意義。但是，諾特定律之後，這一切都改變了。

如果我們把狹義相對論從全域變換向局域變換做一個推廣，就可以直接得到廣義相對論。

這被稱為廣義相對論的數學證明，這也是由艾米諾特完成的。

把一種物理學規律從全域變換向局域變換進行推廣，可以得到全新的物理學規律，這是已知獲得道上之道的最佳方法。

楊振寧受此啟發，把麥克斯韋方程從全域變換向局域變換進行了推廣，得到了楊米爾斯方程。

楊米爾斯方程是規範場論的基礎，是20世紀中葉最偉大的物理學發現。規範場論把電磁力、強互作用力和弱互作用力統一在了相同的數學形式下，距離萬物的大統一理論只有一步之遙。而這一切的起點，都是艾米.諾特。

在現在，在將來，諾特定理所指出的守恆性和對稱性之間的深刻關聯，任然是指引物理學在迷霧中探索的唯一燈塔。

假設宇宙由均勻分部密不可分的真空子構成，希格斯子產生後受到真空子作用擠壓，擠壓的結果就是質量，最後形成萬有引力現像。

希格斯玻色子是有史以來最昂貴的粒子，發現電子只需要一個真空管和一些真正的天才，而發現希格斯玻色子需要創造地球上前所未有的實驗能量。大型強子對撞機幾乎不需要任何介紹，作為有史以來最著名和最成功的科學實驗之一，它的主要目標粒子被稱為上帝粒子。

希格斯粒子是在檢驗標準物理模型準確性的過程中最後一個隱藏的粒子，這意味著它的發現將驗證以前的科學是否真實。希格斯粒子是賦予其他粒子質量的粒子，這使得它既重要又神奇。人類傾向於認為質量是所有事物的內在屬性，然而物理學家認為沒有希格斯玻色子，質量根本就不存在。

原因又回到了希格斯場。這一領域實際上是在希格斯玻色子出現之前就已經理論化了，因為物理學家計算出，為了讓他們的理論和觀察能夠繼續，有必要想象一個新的領域存在於宇宙的任何地方。透過發明新的宇宙理論成分來支撐現有的理論是危險的，在過去，物理學家們假設宇宙做的數學越多，他們就越意識到希格斯場必須是真實的。唯一的問題是？按照他們的定義，希格斯場實際上是不可能觀察到的。

希格斯場被認為是一些不應該有質量的粒子有質量的原因。從某種意義上說，它是把無質量粒子分成不同質量的宇宙介質。這被稱為對稱性破缺，通常用光的類比來解釋，所有波長的光在真空介質中以相同的速度傳播，但是在稜鏡介質中，每個波長都可以從同質白光中分離成不同波長的波段。這當然是一個有缺陷的類比，因為光的波長都存在於白光中，不管科學家是否能夠看到這一事實，但是這個例子顯示了希格斯場是如何被認為透過對稱性破缺產生質量的。稜鏡打破了不同波長光的速度對稱性，從而將它們分開，希格斯場被認為打破了一些對稱無質量粒子的質量對稱性。

直到後來，物理學家才意識到，如果希格斯場確實存在，它的作用將需要相應的載流子的存在，而這個假設粒子的性質使得科學家實際上可能能夠觀察到它。這種粒子被認為屬於玻色子類。簡單來說，他們把希格斯場附帶的玻色子稱為希格斯玻色子。它是希格斯場的所謂“力載體”，就像光子是宇宙電磁場的力載體一樣。在某種意義上，光子是電磁場的區域性激發，在同樣的意義上，希格斯玻色子是希格斯場的區域性激發。證明粒子的存在，物理學家根據他們對希格斯場的理解來預期粒子的性質，實際上與直接證明希格斯場的存在是一樣的。

科學家經過多年的計劃，透過大型強子對撞機，進行了一個大到足以可能篡改希格斯玻色子理論的實驗。27.4公里的超級電磁迴路可以將帶電粒子加速到接近光速，導致足夠劇烈的碰撞，將這些粒子分解成基本成分，並使撞擊點周圍的空間變形。有了足夠高的碰撞能量，科學家們計算出基本上可以給希格斯玻色子充電，把它推到一個能量狀態，科學家對它的衰變過程進行觀察。這些能量之強大，以至於有些人甚至驚慌失措，說大型強子對撞機會毀滅世界，而另一些人甚至把對希格斯粒子的觀察描述為對另一個維度的窺視。

滅世預言和希格斯粒子的跡象都沒有被發現，一些此次花費天價實驗經費的研究人員溫和地提出了真實但不令人滿意的論點，即偽造科學理論和證實科學理論同樣重要。然而，隨著時間的推移，測量值開始增加，2013年3月14日，歐洲核子研究中心正式宣佈希格斯玻色子的確認。甚至有一些證據表明多個希格斯玻色子，但這個想法需要進一步研究。

下一步計劃是什麼？大型強子對撞機重大升級剛剛重新開放，並且可以觀察從反物質到暗能量的一切。暗物質被認為僅透過重力介質與規則物質相互作用——透過創造質量，希格斯玻色子對於準確理解如何作用至關重要。標準模型的主要缺點是它不能解釋重力——一個可以解釋重力的理論將被稱為大統一理論——並且一些人理論認為希格斯粒子/場可能是物理學家夢想的橋樑。

歐洲科學家未來的實驗會證實超對稱性和希格斯玻色子會衰變成暗物質本身？或者他們會確認標準模型中關於希格斯玻色子性質的每一個微小預測。

無論如何，希格斯粒子確實只被證實存在，它還沒有被完全理解。所以題主問希格斯玻色子能量是誰賦予的，科學家還沒研究到這個程度，既然是上帝粒子，暫且說是上帝賦予的吧。

我們知道希格斯玻色子給宇宙中的一切賦予了質量，它不僅是粒子也是一個場。我們首先要知道的是：場和粒子是不同的東西。所以現在就來了解下：包括希格斯玻色子在內的基本粒子是如何獲得質量的？下面就做一個比較形象的比喻。

希格斯場就像一場雨，一場持續的、無處不在的、無法躲避的雨，並且沒有任何地方可以讓任何物質粒子保持“乾燥”。就像我們沒有辦法躲避地心引力一樣，也沒有辦法躲避這場雨水，這就是希格斯場。它浸潤所有物質就像是它和基本粒子耦合的機制。

如果我們將基本粒子比喻成乾燥、幾乎沒有質量、形態不一的海綿！那麼沒有希格斯場，所有的基本粒子都像下圖中乾癟、無質量的海綿。

但是我們無法阻止這些海綿不被雨水浸溼，因此海綿就會攜帶一定的水，水會給海綿一定的質量。

有些海綿體只能攜帶少量的水，而有些海綿體可以膨脹到原來大小的很多倍，並且攜帶大量的水，產生不同的質量。

因此質量最大的基本粒子都是容易與希格斯場耦合的粒子，它們就像海綿一樣，在雨中膨脹得最大，攜帶的水分也最多。在所有粒子中，只有兩個粒子是真正無質量的，因此它們根本不與希格斯場耦合：光子和膠子。

光子和膠子也可以用無質量的海綿來代表，說明它們是防水的海綿。

所以，希格斯場是雨，所有的粒子就像各種各樣、不同大小的海綿（有各種各樣的吸收力）。

如果沒有水，我們就不會有裝滿水的水球！同樣的如果沒有希格斯場，就不會有希格斯玻色子。

但是水來自希格斯場，水也充滿了氣球，這個充滿水的氣球就是希格斯玻色子：希格斯場給所有與希格斯場結合的粒子質量，包括希格斯玻色子本身！

沒有水，氣球和海綿就沒有質量，沒有希格斯場，希格斯玻色子和所有其他基本粒子就沒有內在質量。

事實上，希格斯場無處不在，它會與一切東西（光子和膠子除外）結合，而且希格斯場與某些粒子的結合比其它粒子更強，因此粒子的質量各不相同。希格斯玻色子存在一種自耦合機制，這是希格斯玻色子的特殊之處，這一事實也使得希格斯玻色子不同於所有其他粒子，這也解釋了為什麼希格斯玻色子會有質量。

這就是希格斯場賦予宇宙中所有粒子質量的方式。就像水可以滲入幾乎所有物體使其變得更重一樣。

我們能夠在大型強子對撞機上創造並探測到足夠多的希格斯玻色子，並且確定了希格斯玻色子的質量大約是質子質量的133倍，而且希格斯玻色子的性質完全符合我們目前對宇宙的理解。

有了希格斯玻色子、六夸克、六輕子、膠子和電弱規範玻色子就有了質量！

在量子力學的標準模型理論中，所有的基本粒子原本都應該沒有質量，希格斯機制賦予了所有基本粒子以質量，而希格斯玻色子是希格斯場的量子化產物。

在解釋希格斯機制之前，大家需要先簡單的瞭解一下量子場論的真空描述——真空是所有基本粒子的基態場。比如，電子有電子場，中子有中子場，質子有質子場……而希格斯場也是其中之一。

而希格斯場的作用在於賦予其它場產生的粒子以質量。簡單來說，希格斯場就像遍佈在宇宙中的糖漿。而原本沒有什麼質量的基本粒子，從場中穿過就會裹上一層糖漿，變成一顆有質量的糖豆。而光子和膠子偏偏不喜歡甜食，不和希格斯場發生相互作用，所以就沒有質量。

這和我們前些年的出國風潮一樣，有人出國留學鍍金，回來之後求職更有分量了，而有些人出國回來之後，求職一樣沒有任何分量。

但說了半天，這個圖景似乎跟希格斯玻色子好像沒有任何關係？

就像電子場受激發產生電子，中子場受激發產生中子，質子場受激發產生質子，希格斯場受激就會產生希格斯玻色子。希格斯玻色子即為希格斯場的振盪。

同時希格斯玻色子極不穩定，會衰變產生了有質量的實粒子。也就是說，能被希格斯機制賦予質量的基本粒子也可看成是希格斯玻色子的衰變產物。

所以實際情況應該是，本來沒有任何質量的基本粒子與希格斯場發生相互作用生成希格斯玻色子，然後希格斯玻色子再迅速地衰變成有質量的基本粒子。所以說希格斯玻色子不是傳遞質量，而是直接賦予質量，因為它與基本粒子的相互作用並不是碰撞，而是衰變。

這也解釋了宇宙中很難存在希格斯玻色子的原因。希格斯玻色子的衰變速度極快，平均壽命為1.56×10^−22秒。只要溫度足夠高，能量足夠大，基本粒子就可以逆轉為希格斯玻色子。

正是利用這原理，2012年7月4日歐洲核子研究組織在大型粒子對撞機中發現了希格斯玻色子的疑似物——125.3±0.6GeV的新玻色子，經過大量分析，直到2013年3月14日才正式確認了其希格斯玻色子的身份。

所以可以簡單的理解為，基本粒子之所以有質量，其前提就是希格斯玻色子必須有質量。

這一切就要源於標準模型理論裡面的另一個重要概念——自發對稱性破缺。

顧名思義，就是從對稱狀態變成了不對稱的狀態。就像一個陀螺擁有能量高速旋轉時，是一種對稱態；當能量用完停下來時，就會隨機倒向一邊不再對稱。

而希格斯作為標準模型裡唯一的標量場，且希格斯場的真空值不等於零，所以它的最低能量態位置不具有旋轉對稱性。這種不對稱狀態使希格斯玻色子有了質量。

希格斯玻色子是標準模型中唯一的標量粒子。

比如中微子，在希格斯機制中，也應該是沒有質量的，但現在實驗已經證明中微子具有很小的質量，大約在電子質量的百萬分子一到十萬分子一之間。1998年，高木凱田教授和阿瑟·B·麥克唐納教授憑這一發現，獲得了2015年諾貝爾物理學獎。

所以嚴謹地說，希格斯機制已經無不再是所有基本粒子的“質量之源”。

希格斯機制賦予基本粒子以質量，也僅僅適用於標準模型理論體系下而已。隨著如妖孽般的中微子真面目被揭示，或許將會有下一個更完善的理論出現。

另外補充一點，即便在標準模型下，嚴格來說希格斯機制也並不能賦予萬物質量，它賦予的基本粒子質量，只佔萬物質量的1%。當然這屬於另一個問題了。

諾特的表象對稱，到基本粒子的質量，對稱有缺是希格斯玻色子原理，粒子獲質量。是粒子影芽嵌入希格斯玻色子（類似於張力透鏡），基本粒子獲得質量。粒子處於隱態對稱，虛實同體對稱。