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，通過大量的研究，科學家們弄清楚了造成質子這個亞原子粒子質量的原因——并非之前想象的那樣，

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，但是事實并非如此，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％來自夸克質量，其余部分則來自粒子內部發生的復雜作用影響，

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，一個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于物質世界的化學反應，并進而推動了生物化學的過程，如果質子更重，那么它們將衰變為中子，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，這就是為什么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征——高能量確保了對稱性、不產生質量；低能量導致對稱性破缺并產生質量，

2012年物理學家首次探測到了希格斯玻色子，夸克通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，因此對于質子來說，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，夸克只能存在于網格中的點上，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％的質量來自于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簡潔地描述了這么一個本質，（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％，其余的23％來自夸克和膠子以復雜方式相互作用時產生的效應，

希格斯場和質量的關系

粒子質量的故事始于大爆炸之后，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，滲透到宇宙中并賦予了基本粒子以質量，

希格斯場存在時，位于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，

但是為什么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，但是這些仍然只占宇宙質量的一小部分，

宇宙的其余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，并由膠子束縛在一起，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，

愛荷華州立大學部的物理學家約翰·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復雜的虛粒子作用，這些作用存儲了大量的能量（質量），

也就是說，我們所認為的幾乎永恒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，那么質子也會衰變而失去這部分質量，因此對于微觀粒子的質量來說，其質量并非一種永恒的東西，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，并沒有永恒的絕對的質量，

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矢量：他將物體的動量定義為p = m v（其中v是物體速度），并且將力定義為物體動量的增長率：F = d p / d t，當物體的質量恒定時，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，然后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復雜，上面的質量定義對于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-加速度關系現在取決于兩個量：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《在速度小于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于任何加速度，因此，如果認為牛頓的原始表達式p = mv中的m是與速度相關的“相對論質量”的話，那么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運動并且其動量為p的物體具有相對論質量，該相對論質量由m = p/v給出，并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，

于是通過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移動并具有能量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，而表達式M =γM 0不適用于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，后來才出現了“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(后來被譯為“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本中很頻繁地出現，

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于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縮放的量并不局限于質量，在科普文章中經常采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于其靜止時的相對論質量，當該物體移動時，它的加速度取決于它的相對論質量（當然也包括它的靜止質量）和它的速度，

上圖：相對論質量并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，

總結

從以上種種討論來看，質量實際上并不是永恒的也不是固定的，而是根據物體的狀態而變化的，因為質量本身也不過是我們觀察到的一種效應現象，而非物質最根源的本質，