11物理学咬文嚼字之十一质量与质量的起源

质量的起源胡良深圳市宏源清防伪材料有限公司摘要: 对称性在物理学中具有优美的形式并具有较好的预言能力.对称性自发破缺是指体系的基态破缺了运动方程所具有的对称性. 空间相对论第一方程体现对称性, 空间相对论第二方程体现非对称性.空间相对论第三方程是空间相对论第一方程与空间相对论第二方程的对立统一(对称性和非对称性的对立统一). 这就是质量起源的根本.关键词:质量,空间相对论,对称性, 对称性破缺,物质,空间,速度作者简介: 男, 高级工程师, 深圳专家, 总工程师, E-mail:2320051422 @ 1.前言构成物质世界的基本组元是夸克和轻子(都是费米子),夸克获得质量的过程,就是物质具有质量的关键.破解质量的起源，要引入一个希格斯机制.这一机制预言了希格斯粒子.希格斯粒子(上帝粒子)是玻色子，是一种完全不同性质的基本粒子.目前已观测到一种新的粒子衰变到两个光子的信号，该新粒子可能就是希格斯粒子.从另一角度来看,以光速运动的粒子具备手征对称性，质量等于零的粒子能够以光速飞行.夸克获得质量的过程分成两个步，一是与希格斯玻色子相关的希格斯机制，二是手征对称性自发破缺现象.根据粒子物理学标准模型预言,破解质量起源之谜的关键是找到自旋为零的希格斯玻色子.自发破缺的整体连续对称性都必然伴随一个无质量标量粒子.所有基本粒子的质量都来源于电弱统一理论中的规范对称性自发破缺.2.质量起源的探索对基本粒子的研究中,物理学家已经发现了许多对称性. 对称性在物理学中具有优美的形式并具有较好的预言能力.对称性自发破缺是指体系的基态破缺了运动方程所具有的对称性.量子场论中，体系的基态是真空态,对称性自发破缺表现为体系拉格朗日所具有的对称性被真空态所破缺,体现了质量与真空的对称性破缺性质内在联系.物理体系具有简并的真空态,把所有这些简并的真空态视为一个集合，它的确与拉格朗日具有同样的对称性. 但物理体系的实际真空态只是该集合中的一个态,这个态往往不具有整个集合所具有的对称性,这就造成了对称性的破缺(对称性自发破缺).3.质量本质含义根据空间相对论定理,守宙所有属性都是长度（L）及时间（T）的集合.宇宙的所有属性可用表达式:dim A = L^(α)*T^(β) ,其中：A是任一物理量,L是长度.T是时间.α和β是量纲指数.L体现宇宙的静止属性,T体现宇宙的运动属性,速度[L^(1)T^(-1)]体现了宇宙静止属性与宇宙运动属性的对立统一.宇宙的属性又可表达为:dim A = L^(α)*T^(β)=L^(m)*[L^(3)T^(-1)]*{[L^(1)T^(-1)]^(n)] }.其中：A是任一物理量,L 是长度.T是时间.m是整数,n也是整数.可见,物质的质量可表达为:M<mn>=L^(m)*[L^(n)T^(-1)].例如: M<34>=L^(3)*[L^(4)T^(-1)].物质的质量等效表达式:M<mn>=L^(m)*[L^(n)T^(-1)]=L^(m+n-3)*[L^(3)T^(-1)]=L^(3)*[L^(n+m-3)T^(-1)].空间相对论定理的特例之一:L^(m)[L^(3)T^(-3)],体现了以三维空间(宇宙常数)为边界条件.具体如下: 0元素粒子量纲: L^(0)[L^(3)T^(-3)]. 1元素粒子量纲: L^(1)[L^(3)T^(-3)]. 2元素粒子量纲: L^(2)[L^(3)T^(-3)]. 3元素粒子量纲: L^(3)[L^(3)T^(-3)]……N元素粒子量纲: L^(N)[L^(3)T^(-3)]. (N+1)元素粒子量纲: L^(N+1)[L^(3)T^(-3)]. (N+2)元素粒子量纲: L^(N+2)[L^(3)T^(-3)]……. 依此类推,以致无穷.广义来讲,这是另一种理解宇宙及基本粒子量纲的方式.L^(m)[L^(3)T^(-3)]等效于L^(m-2)[L^(3)T^(-1)] [L^(2)T^(-2)]4.空间相对论定理与质量内涵4.1空间相对论第一方程解读空间相对论第一方程X1 + Y1 = Z1 (1)X1：表示宇宙正向参数，趋于正无穷大.Y1：表示宇宙负向参数，趋于负无穷大.Z1：表示宇宙客观参数.Z1有三种可能：1 ：正无穷大，2：负无穷大，3：常数.X2 + Y2 = Z2 (2)X2：表示宇宙正向参数，趋于正无穷大.Y2：表示宇宙负向参数，趋于负无穷大.Z2：表示宇宙客观参数.Z2有三种可能：1：正无穷大，2：负无穷大，3：常数.X3 + Y3 = Z3 (3)X3：表示宇宙正向参数，趋于正无穷大.Y3：表示宇宙负向参数，趋于负无穷大.Z3：表示宇宙客观参数.Z3有三种可能：1：正无穷大，2：负无穷大，3：常数.......依此循环，以致无穷.当宇宙客观参数趋于正无穷大时,实际上是趋于一种稳定的相态(具有对称性)的箭头;当宇宙客观参数趋于负无穷大时,实际上是趋于另一种稳定的相态(具有对称性)箭头; 当宇宙客观参数是常数时,实际上是二种稳定相态之间的平衡(对称性破缺),体现为物理学规律.空间相对论第一方程的特例之一:当X1等于负Y1时, Z1等于零.该方程从左向右看,表示正反物质相撞可湮灭. 该方程从右向左看,表示维度空间(某维度静止,0表示)可生成等量的正反物质.4.2空间相对论第二方程解读空间相对论第二方程:如果用X来表达宇宙,X有三种属性:1:趋于无穷大.2:趋于无穷小.3:常数.方程一：X1.X2=Y ......(4).X1：表示宇宙宏观参数，趋于无穷大.X2：表示宇宙微观参数，趋于无穷小.Y：表示宇宙客观参数.Y有三种可能：一：无穷大，二：无穷小，三：常数. 方程二：Y1.Y2=Z ......(5).Y1：表示宇宙宏观参数，趋于无穷大.Y2：表示宇宙微观参数，趋于无穷小.Z：表示宇宙客观参数.Z有三种可能：一：无穷大，二：无穷小，三：常数.方程三：Z1.Z2=H ......(6).Z1：表示宇宙宏观参数，趋于无穷大.Z2：表示宇宙微观参数，趋于无穷小.H：表示宇宙客观参数.H有三种可能：一：无穷大，二：无穷小，三：常数.......依此循环，以致无穷.宇宙客观参数趋于无穷大，体现了趋于各向异性(趋向运动)的箭头,体现为在常数之外(空间)的运动本质.例如时间箭头. 宇宙客观参数无穷小体现了趋于各向同性(趋向静止)的箭头, 体现为在常数之内(空间)的运动本质.例如,热力学第二定理箭头.半径乘以曲率(或曲面曲率等)等于常数(宇宙常数),当半径无穷小时,曲率无穷大;当半径无穷大时,曲率无穷小.宇宙客观参数是常数体现了物理学中的物理学定理,物理学定理实际上是各向异性与各向同性的对立统一.从另一个角度来看,负加速度(趋于静止)就是指向无穷小的箭头, 正加速度(趋于无穷大的速度)就是指向无穷大的箭头.4.3空间相对论第三方程解读空间相对论第三方程: e^X1 . e ^Y1 = e^(X1+Y1)= Z1 ......(7）.X1：表示宇宙宏观参数，趋于无穷大.Y1：表示宇宙微观参数，趋于负无穷大.Z1：表示宇宙客观参数.Z1有三种可能：1 ：无穷大，2：无穷小，3：常数.e ^X2 . e ^Y2 =e^(X2+Y2)= Z2 ......(8）.X2：表示宇宙宏观参数，趋于无穷大.Y2：表示宇宙微观参数，趋于负无穷大.Z2：表示宇宙客观参数.Z2有三种可能：1：无穷大，2：无穷小，3：常数.e ^X3 . e ^Y3=e^(X3+Y3) = Z3 ......(9）.X3：表示宇宙宏观参数，趋于无穷大.Y3：表示宇宙微观参数，趋于负无穷大.Z3：表示宇宙客观参数.Z3有三种可能：1：无穷大，2：无穷小，3：常数.......依此循环，以致无穷.该方程体现了维度空间之间的对立统一. 宇宙和基本粒子，具有一定的物理共性,无穷大与无穷小是相通的.宇宙常数是某种空间属性的坐标原点,是某种空间属性的切割点.例如：光速是一种宇宙常数; 普朗克常数是一种宇宙常数；贯性体系也是一种宇宙常数.三维空间也是一种宇宙常数.人类所处的宇宙实际上就是宇宙常数是三维空间的宇宙. 三维空间是宇宙常数,体现了宇宙是由各种量子化的维度空间，及具有不同动量的量子化的具有不同维度的空间,在三维空间中运动和相互影响.体现了各种属性的空间在三维空间的对立统一. 无穷小(用零表示),无穷大(用壹表示),常数(例如,∏,e),新维度空间(i),构成宇宙的四要素.欧拉公式,e^∏i+1=0,从数学角度体现了宇宙的四要素.体现了虚空间,虚光子,反粒子等的物理学含义.自旋体现为二个维度方向的力,例如银河系,太阳系.4.4空间相对论第四方程解读空间相对论第四方程:宇宙的基本量纲是长度（L），及时间（T）.宇宙的所有属性都是长度（L）及时间（T）的集合.宇宙的所有属性可用表达式: dim A = L^(α)*T^(β) ……(10).其中：A是任一物理量,L 是长度，通常用“米”.T是时间，通常用“秒”.α和β是量纲指数.该方程体现了宇宙的终极本质. 长度（L）体现了空间的静止属性(相当于二进制的零), 时间（T）体现了空间的运动属性(相当于二进制的壹). 长度（L）体现了无穷小箭头属性(各向同性), 时间（T）体现了无穷大的箭头属性(向向异性). dim A = L^(α)*T^(β)体现了长度(L)与时间(T)的对立统一,体现宇宙常数的属性.例如速度就是长度(静止属性)与时间(运动属性)的对立统一. 可以说,空间相对论第四方程是宇宙终级定理.5质量起源于空间相对运动空间相对论第一方程体现对称性, 空间相对论第二方程体现非对称性.空间相对论第三方程是空间相对论第一方程与空间相对论第二方程的对立统一(对称性和非对称性的对立统一). 这就是质量起源的根本.重整化的本质就是将空间相对论第二方程, 借助空间相对论第三方程重组为空间相对论第一方程.三维空间是宇宙常数, 体现了宇宙是由具有不同动量的量子化的具有不同维度的空间,在三维空间中运动和相互影响.体现了各种属性的空间在三维空间的对立统一.也说明宇宙是由起点(终点)加三维为一个周期的(最小周期).宇宙周期的整数倍是稳定的.三个维度空间是一个最小周期,说明三维空间以内(点内空间)是点维(三个维度都低一阶),或一维(二个维度低一阶)或二维空间(一个维度低一阶).三维空间以外(点外空间)是四维空间(一个维度高一阶)或五维空间(二个维度高一阶)或六维空间(三个维度高一阶).依此类推,以致无穷. 质量的本质就是维度空间在三维空间的对称性破缺.The Mass OriginHU LiangShenzhen Hongyuanqing Security Materials Co. Ltd., Shenzhen 518004, China Abstract: Symmetry in physics has beautiful form and has better predictions capacity. Spontaneous symmetry breaking is breaking the symmetry of the equations of motion of the ground state of the system space relativistic equation reflects the symmetry the space for the relativistic second equation reflects the non-symmetry space relativistic third equation space relativistic equation with space relativistic second equation of the unity of opposites (symmetry and asymmetry of the unity of opposites) this is the quality of the origins of fundamental.Key words: Quality, space relativity, symmetry, symmetry breaking, matter, space, speed。

中学物理教材中质量概念的形成与发展徐立海（玉环楚门中学浙江玉环317605）质量是物理学中一个非常重要的基本物理量。

在科学史上对质量概念的认识经历了一个漫长的、逐步深入的过程，它伴随着物理学的发展而发展，直到现在，物理学家也没有搞清楚这一概念的真正内涵。

在中学物理教材中，质量概念的形成与发展贯穿教材的始终，由浅入深、由表及里、层层推进，符合学生认知规律，也符合科学概念的发展历程。

1、朴素质量概念学生在进入课堂前已经获得了许多日常概念，教育心理学把这些概念称为朴素概念，又称为前概念。

有些朴素概念与科学概念一致，有利于学生学习科学。

然而，许多朴素概念与科学内容并不一致，有的不完整，还有的也许完全错误，因而会严重阻碍学生随后的学习。

在教学中教师要尽量帮助学生发现并纠正那些朴素的、不全面的甚至错误的概念，从而转变为科学的概念。

对于质量的概念，学生在教学前已经形成了朴素的看法。

他们都知道东西越多，则会越重，所以在生活中通常用重量来衡量东西的多少，这样学生可能就会形成错误的认识，认为重量就是质量。

事实上重量和质量是两个不同的概念，教学中要让学生知道：在日常生活中我们常说物品的重量是多少斤或公斤，这里所说的重量实际上是质量；还有台秤或杆秤测量的是质量而不是重量。

2、静质量概念考虑到初中学生的认知特点，在初中教材中对质量的概念讲得很浅显，只是说：物体是由物质组成的，物体中含有物质的多少叫做质量；质量是物体本身的一种属性，它不随物体形状、状态和位置而改变。

事实上，这种定义是沿用了牛顿关于质量的定义，反映地是静质量的概念。

牛顿在接受了从古原子论者直至伽利略和培根关于静质量概念的论述，他在《自然哲学之数学原理》中明确定义了物体的静质量，即质量是“物质之量”，是由其密度和大小（体积）共同量度．也即质量是指物体含有物质的多少。

按照牛顿这种定义，说明物质是由不变的、不可入的、不可分割和具有惯性的原子组成的；质量就是物体包含的原子数量的量度；物体的体积愈大，原子的排列愈密，它所包含的原子数愈多，其质量就愈大．虽然这种定义方法对于初中学生容易接受，但必须明确一点，这并不是质量的科学定义，教学中不必过分强调。

粒子物理学中的质量起源问题在粒子物理学中，质量起源问题一直是一个备受关注的话题。

质量是物质的基本属性之一，但是其具体起源一直以来都是科学家们研究的焦点之一。

本文将从不同的角度探讨质量的起源，并且介绍一些当前主流的理论和实验进展。

一、质量的定义和基本特征质量是描述物体对物理力的抵抗能力的物理量。

根据爱因斯坦的相对论理论，质量与能量之间存在着等价关系，即著名的质能方程E=mc^2。

这表明质量不仅仅是物体的基本属性，同时也是能量的表现形式。

二、标准模型中的质量起源在标准模型中，质量的起源可以通过希格斯场的机制来解释。

希格斯机制是一种通过希格斯场与粒子相互作用来赋予粒子质量的机制。

希格斯场是一种广义矢量场，通过与粒子相互作用，使得某些粒子获得了质量。

在2012年，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机发现了希格斯玻色子，这一发现被认为是实验证实了标准模型中的质量起源机制。

三、超出标准模型的理论尽管标准模型提供了质量起源的一种解释，但是它并不是完全的理论。

目前，科学家们正在寻找超出标准模型的新物理理论，以更好地解释质量起源问题。

其中，超对称理论和弦理论是两个备受关注的候选者。

超对称理论认为，每个已知粒子都存在一个超对称伴侣，这些伴侣粒子具有与已知粒子不同的自旋特征。

超对称性的破缺可以解释质量差异，并提供了一种解释质量起源的新机制。

弦理论是一种试图统一引力和量子力学的理论。

根据弦理论，物质不是由点粒子组成的，而是由不可分割的弦构成。

弦的不同振动模式对应不同的粒子，从而解释了粒子的质量差异。

四、实验进展和未来展望为了验证这些理论，科学家们开展了大量的实验研究。

例如，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机和美国费米实验室的提升子对撞机等实验设施，提供了研究粒子物理学中质量起源问题的独特机会。

此外，未来的实验设施和观测器如大型强子对撞机的升级计划和粒子天文台等，将进一步深入研究质量起源问题，并有望获得更多的实验数据来验证理论模型。

质量的起源是电磁波的速度摘要：速度是质量变化的根源，质量和速度应该成正比，比例常数是：4.24510-⨯，物体内部、外部速度为零时任何物体的质量都为零；光子射到地球后的质量是：2.64010-⨯，电磁波是构成可独立存在的物质的最小微粒，电磁波的辐射是由于电磁波粒子速度总和变小的原因；从根本上解决了质量的本原问题，使质量在微观和宏观上统一起来，进一步指出，电场、磁场都是有质量的，填补了科学关于质量定义的空白。

关键词：运动 速度 质量一、宇宙的任何物质都辐射电磁波密度引力定律能告诉我们：两个电子也是相互呼吸引的（这里所说的电子可以是正电子，也可以是负电子），电磁波是：相互绕转的电子对，原子核毫不例外也由绕转电子队组成中子、质子，再进一步组成原子核。

任何物质都是由电磁波组成的——电磁波是组成物质的能独立存在的最小微粒，任何物质都辐射电磁波，只不过绝大多数的物质辐射的电磁波是红外线并且很弱。

电磁波辐射的条件是：电磁波的绕转半径增大。

电磁波的绕转半径增大导致：电磁波的密度、密度引力，绕转速度、质量都减小。

这一系列的变化，使电磁波从物质内部飞出。

也就是说：任何物质辐射电磁波时：是由于电磁波的速度和变小释放能量的结果，并不是速度和变大导致辐射，而是速度和变小导致辐射，电磁波的质量由它的速度和决定，也就是说，质量的起源是速度。

探讨光子及电磁波的质量二、探讨光子及电磁波的质量物质内部都是由电磁波的“雏形”——相互绕转的电子（正电子和负电子或负电子和负电子），组成，电磁波是构成可独立存在的物质的最小微粒。

这种相互绕转的电子对从物质内部飞出就是各种形式的电磁波。

任何电磁波至少是两个绕转的电子，这两个绕转的电子又作直线运动。

物体内部、外部速度为零时任何物体的质量都为零。

也就是说，质量依赖于速度，质量是在某一速度上的质量，宇宙存在，就有速度，所以宇宙中不存在没有质量的物体；物体内部速度是决定物体质量的主要因素。

根据密度引力定律，电子相互绕转的向心力是F=()m rv r p H 2222=∙，可以推出：m Hp r v 422==常数（k ）…⑴，其中，p 为电子的密度（p=3R 34πm ）…⑵ H 是电子之间的密度引力恒量，2r 是两个电子之间的连线距离，m 是电子的质量。

咬文嚼字教学设计(教案)第一章：咬文嚼字的概念与意义1.1 咬文嚼字的定义1.2 咬文嚼字在语言学习和应用中的重要性1.3 咬文嚼字与语文素养的关系第二章：咬文嚼字的来源与发展2.1 咬文嚼字的起源2.2 咬文嚼字的历史发展脉络2.3 咬文嚼字在现代社会的应用与发展第三章：咬文嚼字的类型与特点3.1 字义咬文嚼字3.2 字形咬文嚼字3.3 字音咬文嚼字3.4 词语咬文嚼字3.5 句子咬文嚼字第四章：咬文嚼字的方法与技巧4.1 字义咬文嚼字的方法与技巧4.2 字形咬文嚼字的方法与技巧4.3 字音咬文嚼字的方法与技巧4.4 词语咬文嚼字的方法与技巧4.5 句子咬文嚼字的方法与技巧第五章：咬文嚼字在实际应用中的案例分析5.1 咬文嚼字在文章写作中的应用案例5.2 咬文嚼字在口语交流中的应用案例5.3 咬文嚼字在广告创意中的应用案例5.4 咬文嚼字在影视作品中的应用案例第六章：咬文嚼字在日常沟通中的重要性6.1 咬文嚼字对提高口语表达能力的作用6.2 咬文嚼字在日常沟通中的实际应用6.3 咬文嚼字在不同场合的沟通策略第七章：咬文嚼字在学术写作中的应用7.1 咬文嚼字对提高学术写作质量的作用7.2 咬文嚼字在学术论文中的常见应用7.3 咬文嚼字在学术写作中的注意事项第八章：咬文嚼字在媒体传播中的价值8.1 咬文嚼字在新闻报道中的作用8.2 咬文嚼字在广告宣传中的创意运用8.3 咬文嚼字在社交媒体传播的影响第九章：咬文嚼字在文学创作中的艺术表现9.1 咬文嚼字在诗歌创作中的运用9.2 咬文嚼字在小说写作中的重要性9.3 咬文嚼字在文学作品中的人物塑造第十章：咬文嚼字的实用技巧与练习10.1 咬文嚼字的实用技巧总结10.2 咬文嚼字的练习案例及解析10.3 咬文嚼字练习的反馈与改进方法第十一章：咬文嚼字与语文教学11.1 咬文嚼字在语文教学中的重要性11.2 咬文嚼字在阅读理解中的应用11.3 咬文嚼字在写作教学中的指导作用第十二章：咬文嚼字与跨文化交流12.1 咬文嚼字在跨文化交流中的作用12.2 不同文化背景下咬文嚼字的差异12.3 咬文嚼字在跨文化交际中的策略第十三章：咬文嚼字与认知心理13.1 咬文嚼字与认知过程的关系13.2 咬文嚼字对提高认知能力的作用13.3 咬文嚼字在认知心理中的应用案例第十四章：咬文嚼字与修辞手法14.1 咬文嚼字与修辞手法的联系14.2 咬文嚼字在各种修辞手法中的应用14.3 咬文嚼字与修辞手法的综合练习第十五章：咬文嚼字的评价与反思15.1 咬文嚼字学习的自我评价15.2 咬文嚼字学习过程中的反思与调整15.3 咬文嚼字学习的目标与展望重点和难点解析本文主要讲解了咬文嚼字的定义、发展、类型、方法、应用和练习等方面的内容。

质量的起源（一）一. 引言物理学是一门试图在最基本的层次上理解自然的古老科学，她的早期曾经是哲学的一部分。

在那个时期，物理学所关心的是一些有关世界本原的问题。

那些问题看似朴素，却极为困难。

在后来的漫长岁月里，物理学曾经一次次地回到那些问题上来，就像远行的水手一次次地回望灯塔。

“质量的起源” 便是一个有关世界本原的问题。

二. 宇宙物质的组成我们首先来界定一下所要讨论的质量究竟是什么东西的质量。

这在以前是不言而喻的，现在的情况却有了变化，因此有必要加以界定。

众所周知，过去十年里观测宇宙学所取得的一个令人瞩目的成就，就是以较高的精度测定了宇宙物质的组成，从而使我们在宇宙学的历史上第一次可以谈论所谓的“精密宇宙学” (precision cosmology)。

按照这种“精密宇宙学” 为我们绘出的图景，在宇宙目前的能量密度中暗能量 (dark energy) 约占 68%，暗物质 (dark matter) 约占27%，而我们熟悉的所谓“可见物质” (visible matter) 或“普通物质” (ordinary matter) 只占可怜兮兮的 5% 。

在这些组成部分中，对暗能量与暗物质的研究目前还处于很初级的阶段，尚未建立起足够具体且有实验基础的理论。

因此本文对之不做讨论。

除去了暗能量与暗物质，剩下的就是可见物质了。

可见物质在宇宙能量密度中所占的比例虽小，却是我们所熟知的物质世界的主体。

可观测宇宙中数以千亿计的星系，每个星系中数以千亿计的恒星，以及某个不起眼的恒星附近第三颗行星上数十亿的灵长类生物，全都包含在了这小小的 5% 的可见物质之中[注一]。

本文要讨论的便是这可见物质。

与“暗” 字打头的其余 95% 的能量密度相比，我们对可见物质的研究与了解无疑要深入得多。

今天几乎每一位中学生都知道，这部分物质主要是由质子、中子、电子等粒子组成的。

因此很明显，要讨论质量的起源，归根到底是要讨论这些粒子的质量起源。

质量概念的发展历程第一章质量概念的提出1、经典力学中质量概念的提出以牛顿第二定律所表现出的质量称为惯性质量.定义是给概念规定界限的判断，而定律是几个概念之间彼此的本质联系，它所反映的是客观规律．牛顿第二定律正是这样的客观规律，它所反映的是力、质量和加速度这三者之间的本质联系.实际上，人们所以能总结出牛顿第二定律，就是因为人们预先就对力、质量和加速度这三个物理量的概念和测量方法已经有所掌握，然后才能通过实验找出它们之间的内在联系．也就是说，质量的概念及测量方法并非来源于第二定律，而是先于这个定律．第二定律建立过程的历史事实正是如此，早在牛顿第二定律建立之前，人们（包括牛顿）已经用“物质之量”给质量下了定义，并已凭经验知道了通过比较重量来量度质量的方法.牛顿在其著作中说：“物质的量是质的量度，可由其密度与体积求出.”然而，质量没有定义之前又那来的密度？显然，牛顿这个定义等于没有说.“物质的量”往往是指物质多少或物质数量一类的东西，由相对性原理的制约，物质多少这样一个概念本身无法再进一步给以定义，物质的概念被认为是不说自明的.正是这个原因，在牛顿力学中寻找不到“物质的量”与惯性质量之间的任何联系，使得“物体所含物质越多，物体惯性越大”这条经验定律一直游离于物理学之外.也正是这个原因，物理学上的质量除了牛顿定律所赋予它的意义外不再有别的意思，质量乃是阻挠速度变化的量度.这又要回到用定律来定义质量上来，让人很不满意.2、横向质量与纵向质量问题约瑟夫·汤姆孙在1881年承认一个带电的物体比一个没有带电的物体更难加速，因此静电能量表现成某种电磁质量，增加了物体的机械质量.之后威廉·维恩（1900）和 Max Abraham （1902）认为一个物体的总共质量与它的电磁质量相同.因为电磁质量取决于电磁能量，维恩所提出的质能关系是.George Frederick Charles Searle 和汤姆孙也指出，电磁质量随着物体的速度而增加.亨德里克·洛伦兹在他的洛伦兹以太理论的框架中承认这个说法.他将质量定义成所用力与加速度的比值而不是动量与速度的比值，因此他必须区分横向质量（）（当物体运动的方向与加速度相同或相反）和纵向质量（）（当物体运动的方向与加速度垂直）.只有当加速度与物体运动的方向垂直时，洛伦兹的质量才会等于现在被称作相对论性质量的质量.是洛伦兹因子，v是物体与以太的相对速度，c是光速）.因此，根据这一理论没有物体可以到达光速，因为物体的质量将趋于无限大.而对于一个具有非零静质量的粒子在x方向运动时所受到的作用力和加速度的准确表达是：爱因斯坦在他1905年的论文中计算了横向质量和纵向质量，在他第一篇关于的论文中（1905），m所代表的是现在认为的静质量.在狭义相对论中，就像洛伦兹以太理论，一个静质量非零的物体无法以光速运动.当物体趋近于光速时，它的能量和动量将无限制的增加.横向质量和纵向质量被相对论性质量的概念取代.Richard C. Tolman 在1912年表示m0(1 - v2/c2)-1/2最适合用来表示运动物体的质量.在1934年，Tolman也定义相对论性质量为：，这一定义对于所有粒子都适用，包括了以光速运动的粒子.对于以低于光速运动的粒子，即具有非零的静质量的粒子，这方程变成，当相对速度为零时，将等于1.当相对速度趋近光速时，将趋近无限大.在动量的方程中，m所代表的质量是相对论性质量牛顿第二定律以的形式表达仍然正确.但并不是零，因为相对论性质量是速率的函数，因此牛顿第二定律不能以来表示.第二章电磁质量概念的引入与发展1、质量概念的发展物理学家海森堡说：“为了理解现象，首要条件是引入适当的概念，我们才能真正知道观察到了什么.”在17、18世纪之际，物理学已经发展为以拉普拉斯为代表的、把力学视为物理学基础的“牛顿范式”，以傅里叶为代表的研究热、光、电磁现象的“非牛顿范式”两大学派.最早提出量纲理论的傅里叶就主张“物体的可量度的热效应的三个量k、h、c就都只涉及长度、时间、温度3个单位，重量单位可以省去”；1887年黑格姆出版的《能论》中主张“精密科学不必要引入有关原子假说的物理量，只应该使用能量、压力、温度等直接可观测的物理量来记述”；奥斯特瓦尔德发现催化现象不能用原子论解释后，于1893年出版的《普通化学》中阐述了他的能量世界图像，“认为世界上一切现象都只是由于空间和时间中的能量的变化构成的，因此这三个量可以看做是最普遍的基本概念，一切能计量观察的事物都能归结为这些事物”.后来牛顿被称为“近代物理学鼻祖”的原因，就把质量M、长度L、时间T定为量纲式中三个最基本的物理量.在经典物理学理论中，长度L、时间T被认为是描述运动的“参量”，并不具有实质性的物理学意义；现代物理学已经根据“质能等价”的关系，在使用能量的单位eV逐渐取代质量的单位kg.（笔者注：现代物理学中的eV主要指电磁质量的能量，这正说明引力质量与电磁质量具有等价性.）对宇观世界而言，质量M并不具有任何物理学意义：开普勒第三定律的数学表达式为R3/T2=K，这个公式的物理学内涵是，任何一个天体的轨道运行，都只跟使用量纲式中L、T表述的空间结构R3/T2=K相关，而跟星体的质量M没有关系.航天实践告诉我们，只要进入离地面超过200km的空域，任何物体的自然运动都跟物体的质量M不再有任何关系.如果宇航员在舱外释放一个鸡蛋，它也肯定会跟飞船在同一的轨道上飞行.辐射能ε从粒子中放出后，粒子的质量M必有“亏损”；反之质量M将会增加；其当量关系为931MeV～1.66×10-27kg——这已经是核能应用中的常识.据此可知：1MeV的辐射能ε被储存在粒子的相空间所产生的静质量，就应该是1.783×10-30kg；反之，物质系统“亏损”1.783×10-30kg的静质量，空间中就会增加1MeV的辐射能ε.质量和能量之间的当量关系是：1MeV～1.783×10-30kg.狄拉克依据“负能量海”理论预言：如果真空中有一个光子的能量E＞1.022MeV，就有可能被“负能量海”中的电子所吸收，“这个电子就会受到激发而越过禁区，跑到正能量区域表现为一个正能量的电子e－，同时留下一个‘空穴’则表现为一个正能量的正电子e＋”. “一个正能量的电子e－”＋“一个正能量的正电子e＋”的静质量，已经不小于1.022MeV；那么，“正能量的电子e－”的动能是从哪里来的呢？负电荷e－从负能量海创生时，其质量并不遵从1MeV～1.783×10-30kg 的当量关系，而是遵从1MeV～0.908×10-30kg的当量关系.综合可以肯定，微观世界的质量M就有两种：一种是仅有M效应的静质量，遵从1MeV～1.783×10-30kg 的当量关系；另一种是既有M效应、又有q效应的实体质量，遵从1MeV～0.908×10-30kg的当量关系.对于宏观世界，依据热功当量：1eV=1.60×10-19J，可得1MeV=1.778×10-30kg×V2（或gR），必须注意：其前提条件是假定V2（或gR）=1.于是，宏观世界的质量m就不再是一个恒量，而成了一个随着其运动速度V不同、或者处在空间中的位置gR不同而变化的变量.综上所述，如果以1MeV的能量为基准，宏观世界的质量M是一个变量，它将随着质点运动的速度V或者是所处空间中的gR不同而变化.微观世界能量ε跟质量存在两种当量关系：1MeV～1.783×10-30kg 和1MeV～0.908×10-30kg.恩格斯早就指出，牛顿力学根本不属于“物理学”范畴，自然科学以牛顿范式为典范的传统，错了！（笔者注：恩格斯时代的牛顿力学主要是研究引力质量，物理学主要是研究电磁质量.）2006年国际弦理论大会之前，在北京举办的中美高能物理未来合作研讨会上，李政道的报告认为，解决诸如质量起源、电荷本质、量子引力、基本粒子世代重复之谜等，必将引发新的物理学进展.实际上李政道先生揭示的是，在整个轻子方面可能存在着一个以前从未揭示过的分立对称性及其破坏，导致中微子相互作用的本真态和质量本真态相联系的映射矩阵与中微子的质量矩阵之间建立起非常确定的联系.李政道的这项研究密切关系到质量起源的问题，意义非同寻常.2、电子的电磁质量引入（1）电子的机械运动和电磁运动电子是原子核的一部分，电荷则是电磁场的场源.电子的电荷能激发一个电磁场，它也是电子自身的组成部分，于是电子是一个带电粒子与一个电磁场的统一体.带电粒子的运动是机械运动，电磁场的运动则是电磁运动，两者统一于“电子的运动”.电子论既然把一切物理运动归结为机械运动与电磁运动，也就把一切运动归结成为电子的运动.按照电动力学的原理，电子的带电粒子按照麦克斯韦方程不断激发电磁场，而电磁场则反过来以电磁力作用于带电粒子.电子的这两个组成部分随时都处于这样的相互作用之中，这种相互作用乃是电子各种行为的内因，外力只有通过这种内因才能对电子起作用.于是电子不再是牛顿力学意义下的只能被动地接受外力作用的“力学粒子”，而是一种现实的、包括场与实物的对立于自身，因而处于永恒的、内部的、必然的、自己的运动之中的“电学粒子”了.（2）电子的电磁质量的引入19世纪80年代，人们开始研究运动带电体问题.1878年罗兰发表运动电荷产生磁场的论文，激励人们从理论上进一步推测：由于磁场具有能量，驱使带电体运动，比驱使不带电体运动，一定要做更多的功，因为有一部分能量要用于建立新的磁场.所以，带电体的动能要比不带电体大.换句话说，带电动体的质量要比不带电动体大.这个由于电磁作用产生的“视在”质量，也叫电磁质量. 最先提出这个问题的是J.J.汤姆生.电子的电磁质量问题在发现相对论前后一段时间比较引人注意，这个问题牵涉到电子的结构.物理学家一直试图将电磁质量作为电子静止质量的一部分，例如质子和中子的带电状态不同，它们的质量有很小的差别，质量的这一微小差别很可能是由带电状态不同造成的.20世纪之初，杰出的先辈科学家非常重视对于电子内部结构的研究.电子论的创立者洛伦兹大师在1902年12月11日著名演讲中提出了“电子的表观质量、有效质量和有可能没有真实质量问题”.【1】参考文献：【1】[荷兰]洛伦兹,诺贝尔奖获得者演讲集.物理学第一卷[M].北京：科学出版社. 1985.24.3、经典电动力学对于电子电磁质量的计算在经典电动力学中，认为带电粒子携带了电磁自场，由于自场有内聚能（电磁自能），也会构成电磁质量μ，实验所测量的带电粒子的质量（称为粒子的物理质量），是粒子原有质量m0（通常称为裸质量）与μ之和.因为带电粒子总是同它的自场联系在一起，所以两者是不可分离的.“经典电动力学计算一个半径为R，带电量为Q的均匀球体的静电自能为W自=0.5ρudv=3Q2/(20πε0R).一个电子的库仑场的能量为w=（ε0/2）∫∞re(e/4πε0r2)24πr2dr,量子电动力学根据电磁场的能量计算电子的电磁质量，然后设电子的质量全部来源于电磁质量，计算出电子的半径a=2.8×10-15米(1).同样设电子的电荷在半径a的球中有一定的分布也可得电磁质量，结果类似.但要维持这种平衡，需要未知的非电磁力平衡，实验还无法验证.在相对论发现后有理由认为电子的电磁质量是电子引力质量的3/4，其余的与某种非电磁力有关.H.Poincare.Rend.Pol.21(1906)129.他作了一些尝试，但也未具体地说明用什么别的力可以使电子不分裂.已知电子在真空中单位体积内的电场能为： (1)又知道，点电荷的场强为： (2)我们将电场强度E带入式（1）之中，就可以得出： (3).于是，我们可以求出电子在整个空间范围上的电场能就可以对于上式求定积分，并得出： (5)在1881年的一篇论文中，汤姆生首次用麦克斯韦电磁理论分析了带电体的运动.他假设带电体是一个半径为a的导体球，球上带的总电荷为e，导体球以速度v运动，得到由于带电而具有的动能为，其中 为磁导率.这就相当于在力学质量m0之外，还有一电磁质量. 1889年亥维赛改进了汤姆生的计算，得.他推导出运动带电体的速度接近光速时，总电能和总磁能都随速度增加.还得出一条重要结论，当运动速度等于光速时，能量值将为无穷大，条件是电荷集中在球体的赤道线上.1897年，舍耳（G.F.C．Searle）假设电子相当于一无限薄的带电球壳，计算出快速运动的电子电磁质量为：,其中.经典电子论最著名的人物是 H. A. Lorentz (1853-1928)， 他是一位经典物理学的大师.洛仑兹与阿伯拉罕等物理学家曾提出这种假设：电子质量可能完全是电磁的，即电子裸质量m 0=0，电子的惯性就是它电磁自场的惯性.这样，在电荷按体积均匀分布的假设下，由经典理论算出的电子半径值为r o =2.82×10-13cm ，电子半径实验值小于10-18cm ，显然用经典理论算出的电子半径并不合符实际.1903年，阿伯拉罕（M.Abraham ）把电子看成完全刚性的球体，根据经典电磁理论，推出如下关系： ,其中m 0为电子的静止质量.现代物理学已经证明电子没有体积，因此经典电动力学关于电磁质量的计算是错误的.4、经典电动力学对于电子电磁质量计算的局限性电子半径实验值小于10-16cm ，用经典理论算出的电子半径r o =2.82×10-13cm 并不合符实际.关于电子的电磁质量，这是一个不可能仅仅利用经典电动力学就能解决的问题（过去的历史和大家的计算也多次证明），且经典电动力学在小于电子经典半径尺度下已经不成立.1904 年Lorentz 发表了一篇题为 "Electromagnetic Phenomena in a System Moving with Any Velocity Less than that of Light" 的文章， 在这篇文章中他运用自己此前几年在研究运动系统的电磁理论时提出的包括长度收缩、 局域时间 (local time) 在内的一系列假设， 计算了具有均匀面电荷分布的运动电子的电磁动量， 由此得到电子的 “横质量” mT 与 “纵质量” mL ,分别为 (这里用的是 Gauss 单位制)： mT = (2/3)(e2/Rc2)γ； mL = (2/3)(e2/Rc2)γ3 ，其中 e 为电子的电荷， R 为电子在静止参照系中的半径， c 为光速， γ=(1-v 2/c 2)-1/2. 撇开系数不论， Lorentz 的这两个结果与后来的狭义相对论完全相同. 但 Lorentz 的文章一发表就遭到了经典电子论的另一位主要人物 M. Abraham (1875-1922) 的批评. Abraham 指出， 质量除了象 Lorentz 那样通过动量来定义， 还应该可以通过能量来定义.比方说纵质量可以定义为 m L =(1/v)(dE/dv). 但是简单的计算却表明， 用这种方法得到的质量与 Lorentz 的结果完全不同！很明显， 这说明 Lorentz 的电子论有缺陷. 那么缺陷在哪里呢？ Abraham 提出 Lorentz 的计算忽略了为平衡电子电荷间的排斥力所必需的张力. 没有这种张力， Lorentz 的电子会在各电荷元的相互排斥下土崩瓦解. 除 Abraham 外， 另一位经典物理学的大师 H. Poincar é (1854-1912) 也注意到了 Lorentz 电子论的这一问题. Poincar é 与 Lorentz 是 Einstein 之前在定量结果上最接近狭义相对论的物理学家. 不过比较而言， Lorentz的工作更为直接，为了调和以太理论与实验的矛盾，他具体提出了许多新的假设，而Poincaré往往是在从美学与哲学角度审视 Lorentz 及其他人的工作时对那些工作进行修饰及完善. 这也很符合这两人的特点， Lorentz 是一位第一流的 working physicist，而Poincaré既是第一流的数学及物理学家，又是第一流的科学哲学家. 1904 年至 1906 年间 Poincaré亲自对 Lorentz 电子论进行了研究，并定量地引进了为维持电荷平衡所需的张力，这种张力因此而被称为 Poincaré张力 (Poincaré stress). 在 Poincaré工作的基础上， 1911 年 (即在 Einstein 与 Minkowski 建立了狭义相对论的数学框架之后)， M. von Laue (1879-1960) 证明了带有 Poincaré张力的电子的能量动量具有正确的 Lorentz 变换规律.在物理学历史上，只有以洛仑兹为代表的电子论才自觉地考虑过这个问题，我们称之为“洛仑兹问题”.电子论既然把一切物理运动归结为电子运动，也就把一切物理运动最终归结为洛仑兹问题.电子论采用刚球模型和推迟解，导出了一个电子动力学方程.汤姆逊首先得到这一方程，我们称之为汤姆逊方程.从这一方程得出结论，电子得固有磁场对其带电粒子的作用可以归结为两项：一项相当于电子增加了一份质量，称之为“电磁质量”；另一项是与辐射相联系的阻力，称之为“辐射阻尼”.这一方程未能象电子论期待的那样揭开原子世界的秘密，却给物理学带来了两次危机. 第一次危机是“电磁质量”这一范畴带来的.它不遵循质量守恒定律，从而使动量守恒定律乃至能量守恒定律也都不成立.这一情况使物理学家们大位震惊，彭加勒惊呼“原理的普遍毁灭”！第二次危机则是“辐射阻尼”这一范畴带来的，它得出结论：“电子作变速运动必然导致辐射电磁波.”（0.1）应用于卢瑟福在1911年建立的原子有核模型，将得出结论：“原子将因辐射而落于核.”（0.2）这意味着原子刚一构成就会立刻解体，可是事实却证明原子能够持久地存在.第一次危机动摇了人们对经典物理学的信念，第二次危机则把经典物理学逐出了原子世界.对前面的"第一次危机是“电磁质量”这一范畴带来的.它不遵循质量守恒定律，从而使动量守恒定律乃至能量守恒定律也都不成立.这一情况使物理学家们大位震惊，彭加勒惊呼“原理的普遍毁灭”！5、狭义相对论与电子的电磁质量按照狭义相对论中最常用的约定，我们引进两个惯性参照系： S 与 S'， S' 相对于 S 沿 x 轴以速度 v 运动. 假定电子在 S 系中静止，则在 S' 系中电子的动量为：p'μ = ∫t'=0T'0μ(x'ξ)d3x' = L0αLμβ∫Tαβ(xξ)d3x'其中Tμν为电子的总能量动量张量，L 为Lorentz 变换矩阵. 由于S 系中Tμν与t 无关，考虑到∫Tαβ(xξ)d3x' = ∫Tαβ(γx', y', z')d3x' = γ-1∫Tαβ(xξ)d3x，上式可以改写成：p'μ= γ-1L0αLμβ∫Tαβ(xξ)d3x ，由此得到电子的能量与动量分别为 (有兴趣的读者可以试着自行证明一下)： E = p'0 = γm + γ-1L0i L0j∫T ij(xξ)d3x ，p = p'1 = γvm + γ-1L0i L 1j∫T ij(xξ)d3x ，这里 i, j 为空间指标 1, 2, 3， m=∫T00(xξ)d3x，这里为了简化结果，我们取 c=1. 显然，由这两个式子的第一项所给出的能量动量是狭义相对论所需要的，而 Lorentz 电子论的问题就在于当 Tμν只包含纯电磁能量动量张量 TEMμν时这两个式子的第二项非零.那么 Poincaré张力为什么能够避免 Lorentz 电子论的问题呢？关键在于引进Poincaré张力后电子才成为一个满足∂νTμν=0 的孤立平衡体系. 在电子静止系 S 中Tμν不含时间，因此∂jTij=0. 由此可以得到一个很有用的关系式 (请读者自行证明)：∂k(Tikxj)=Tij. 对这个式子做体积分，注意到左边的积分为零，便可得到：∫Tij(x ξ)d3x =0 ，这个结果被称为 Laue 定理，它表明我们上面给出的电子能量动量表达式中的第二项为零. 因此 Poincaré张力的引进非常漂亮地保证了电子能量动量的协变性.至此，经过 Lorentz， Poincaré， Laue 等人的工作，经典电子论似乎达到了一个颇为优美的境界，既维持了电子的稳定性，又满足了能量动量的协变性. 但事实上，在这一系列工作完成时经典电子论对电子结构的描述已经处在了一个看似完善，实则没落的境地. 这其中的一个原因便是那个“非常漂亮地”保证了电子能量动量协变性的 Poincar é张力. 这个张力究竟是什么？我们几乎一无所知. 更糟糕的是，若真的完全一无所知倒也罢了，我们却偏偏还知道一点，那就是 Poincaré张力必须是非电磁起源的，而这恰恰是对电磁观的一种沉重打击. 就这样，试图把质量约化为纯电磁概念的努力由于必须引进非电磁起源的 Poincaré张力而化为了泡影. 但这对于很快到来的经典电子论及电磁观的整体没落来说还只是一个很次要的原因.从经典电磁理论也可以推导出运动带电体质量随速度增加的结论.放射学大师贝克勒尔指出，电子的荷质比“е/m是速度υ的函数.对于偏转最小的β射线来说，速度υ趋近于光速.……电子的质量，假若不是完全地、至少是部分地来源于电磁反作用，于是产生出关于物质惯性的新的概念.”通常所说的物体质量是指其静止质量，电子的静止质量很小，大约是9.3×10-31kg.如果要讨论运动起来后的相对论质量，那么就要先说明运动的速度以及其静止质量，然后以相对论公式计算之，电子的运动速度一般在0.8倍光速左右，因此其相对论质量大概是其静止质量的2.7倍.当然如果速度更快一点，其相对论质量会更大一点.6、量子电动力学与电磁质量问题在量子电动力学（QED）中，电子也一样具有电磁自能，但把电子质量完全约化为电磁概念的梦想根本无法实现：（1）由于超精的常数1/137 是一个很小的数目，因此由电磁自能产生的质量修正μ与裸质量 m0相比只占一个很小的比例；（2）即使我们把QED的适用范围延伸到比普朗克能标还高的能区，使μ变得很大，但由于理论中是μ∝m0，这表明如果电子裸质量为零，它的电磁自能也将为零，而裸质量是QED中拉格朗日量的参数，它在理论适用范围是无法约化的. 因此，试图把质量完全归因于电磁的想法，在量子场论中完全不成立.象电子这样质量最小，电磁质量也只能在粒子质量中占不大的比例，把它的质量完全归因于电磁的想法都绝无可能，因此对其它粒子，特别是那些不带电荷的粒子，就更无可能了.自从物理学家建立各种各样的理论以来，由量子电动力学预言的电子固有磁矩和实验的偏差符合到有效数位10位[理论：0.001159652133(29) ，实验：0.001159652188(4)]，这是目前为止理论与实验符合最好的一个例子.物理学家费恩曼（R.P.Feynmann）因此把量子电动力学称为物理学皇冠上的明珠.阿罗什和瓦恩兰主要研究光的基本量子行为以及光与物质相互作用的量子现象.这里的物质主要是原子（离子），而光可以是可见光、红外光或者微波场，它们只是波长（能量）不同而已.1930 年，美国物理学家奥本海默计算了电子与它自己的场的相互作用，这是一个电子发射一个光子然后再把它吸收回去的过程.在这个过程中，光子不是做为真实粒子发射出来的，而是一个虚光子.按照QED，这是一个完全可以发生的过程.奥本海默的计算涉及到一个对虚光子动量的积分，它的值是无穷大.电子与自己的场的这种相互作用称为电子的自能，也就是电子的质量.这个结果表明，在最低级近似下求得的电子质量是一个不可思议的无穷大.试图把质量完全归因于电磁相互作用的想法在量子场论中彻底地破灭了,电子的电磁质量需要依靠量子场论来解决，但在量子场论中，电子的电磁质量变得更为复杂（因为除了经典的电磁质量外，还出现了量子涨落如真空极化等，这导致电子的电磁质量为无穷大）.电子的电磁质量在量子场论中变得更为麻烦，但与此同时，量子场论中出现了重整化手续，也就是假设电子的裸质量是负无穷大，电子的电磁质量为正无穷大，它们之和就是一个有限。

科学解释：物质的质量从哪里来？本文要讲的并不是某一件产品品质的好坏，而是所有物质（包括我们自己）最基本的物理性质。

物质为什么会有质量？这是一个很有意思的问题，我们将在本文中重点探讨。

质量≠ 重量许多人会关心自己的体重，假设一个身体质量为50kg的女孩子，她在新加坡称体重，结果会是多少呢？重量的本质是地球对物体的引力大小，因此首先我们请出万有引力公式：F=G·m1m2/R²体重秤称的是地球引力其中引力常数G=6.6741×10⁻¹¹N·m²/kg²，地球的质量m1=5.965×10²⁴kg，女孩的质量m2=50kg，地球赤道半径R=6378137m，极半径6356752m。

将数据代入公式后可得：F = 489.31156N = 49.896 kgf49.896kg,看样子要比她的实际体重轻一点。

别急！新加坡位于赤道附近，随着地球自转，女孩在地球赤道表面实际上还在做离心运动，因此她同时还受到一个向上的惯性力，我们以离心运动向心力公式：f = mω²R在赤道与北极称的体重是不同的将m=49.896 kg，地球角速度ω=7.292×10⁻⁵rad/s，R=6378137m代入公式后得到：f = 1.6922 N =0.173 kgf女孩子在新加坡测量的体重为：F - f = 49.896 - 0.173 = 49.72 kg同样在地球，这个女孩子在北极测得的体重则是：492.61N = 50.23 kg注意到了没？女孩在北极称的体重要比在赤道重1斤多！女孩子称的并不是她的质量，而是地球的引力。

如果要想知道一个物体的质量是多少，物理老师会建议你使用物理天平，它的测量结果会准确许多。

天平是测量质量的常用工具质量是什么？经典物理学认为，质量是物质的量。

牛顿说“质量等于物体的密度与它体积的乘积”，不同的物质有不同的密度。

世界天文年专题再论质量的起源王 青†(清华大学物理系 北京 100084)摘 要 物质的质量是怎么来的?能从理论上研究质量的起源吗?人类目前所能做的实验是否到了可探索这些质量起源的程度?本文将要介绍目前物理学对这些问题的认识.我们首先通过修改牛顿第零定律引入结合能来介绍物质的各个不同层次上的质量起源的研究链条,然后重点讨论基本粒子质量的起源,并介绍基本粒子质量与对称性的关系,最后讨论三种与质量起源有关的质量产生和分裂的机制.关键词 质量起源,结合能,电弱对称性,对称性自发破缺T h e o r i gi no fm a s s r e v i s i t e d WA N G Q i n g†(D e p a r t m e n t o f P h y i s c s ,T s i n g h u aU n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100084,C h i n a )A b s t r a c t W h e r e d o e s t h em a s s o fm a t t e r c o m e f r o m ?C a nw e t r a c e i t s o r i g i n ?D o e s o u r p r e s e n t e x p e r i -m e n t a l a b i l i t y r e a c h t h e l e v e l n e e d e d t o i n v e s t i g a t e t h e o r i g i n o fm a s s ?T h e p u r p o s e o f t h i s p a p e r i s t o p r e s -e n t o u r c u r r e n t u n d e r s t a n d i n g of t h e s e p r o b l e m s f r o mt h e v i e w p o i n t o f p h y s i c s .W e f i r s t r e v i s eN e w t o n 's Z e -r o t hL a w w h i l e i n t r o d u c i ng th ebi n d i n g e n e r g y t od e m o n s t r a t e t h eh i s t o r y an dv a r i o u s l e v e l s o f r e s e a r c ho n t h e o r i g i no fm a s s ,t h e n f o c u s o u r a t t e n t i o no n t h e o r i g i no f t h em a s s o f e l e m e n t a r yp a r t i c l e s .W ew i l l d i s -c u s s t h e c o n n e c t i o nb e t w e e nm a s s a n d s y mm e t r y ,a n d l i s t t h r e em e c h a n i s m s o fm a s s g e n e r a t i o na n ds p l i t -t i n g t h a t a r e r e l a t e d t o t h e o r i gi no fm a s s .K e yw o r d s o r i g i no fm a s s ,b i n d i n g e n e r g y ,e l e c t r o w e a ks y mm e t r y ,s p o n t a n e o u s s y mm e t r y b r e a k i n g 2009-05-08收到† E m a i l :W a n g q @m a i l .t s i n gh u a .e d u .c n 在‘物理“2008年第37卷第5期上,中国科学院物理研究所曹则贤先生在他的系列文章 物理学咬文嚼字之十一”中,以 质量与质量的起源”为题,将人类对质量的认识作了十分精彩的描写和介绍.对质量起源,曹先生只在文章最后一段进行了简要的阐述,提到: 质量的起源还是个未完全解决的问题 物质的质量来自原子,原子质量主要来自核子,核子由夸克组成,但夸克由无惯性质量的夸克组成.囚禁夸克的能量在核子层面上表现为质量.这算是对核子质量起源的一个交代,但对电子质量的起源,目前尚无理论上的解释.可能,关于质量的起源,最终还是落在无质量的存在上, W h e e l e r 教授就宣扬 m a s sw i t h o u tm a s s ’的观点 不知将来这一伟大壮举要着落在谁人的肩上”.我们以曹先生文章的这个结尾作为本文的开始,续写一段目前人类所能获得的对质量起源更深入的认识.需要说明的是,质量起源是十分复杂和困难的问题,需要很多的篇幅逐步地展开和深入.我们努力避免展示深奥的数学,试图只用文字或最简单的公式尽量把复杂理论背后的物理图像㊁思想及逻辑脉络诠释清楚.质量是物质最重要的属性,从这个角度上看,质量的起源某种意义上就是物质的起源.在宇宙发展演化的极早期,存在哪种物质会对以后的宇宙发展演化起导向性作用.2009年是国际天文年,天文现象主要是由引力相互作用控制的,而质量在传统意义上是产生引力作用的源,在宇宙的演化中,它的作用是导致宇宙收缩(而观测到的宇宙却在加速膨胀,为此要求存在产生 负压”的所谓 暗能量”,这是宇宙学当今的热门课题,但不是本文的主题,本文只限于讨论传统意义上的质量的起源),因此探索质量的起源还可以被看成是探索产生各种各样天文现象的引力之源的起源.按照广义相对论的观点,物质的存在导致时空结构的改变,而关于质量的起源的研究也就是关于我们生存的宇宙中改变时空结构之源的起源的研究.从这几方面看,关于质量起源的讨论不仅有它自己独特的重要意义,而且和国际天文年的主题也有内在联系.曹先生文中提到物质是有层次结构的:物质由原子组成,原子由电子和原子核组成,原子核由主要是质子和中子的强子组成,强子由夸克组成.目前人类能够了解到的物质最深层次是夸克和轻子(电子是最轻的轻子,另外还有μ轻子和τ轻子)层次.在物质的每个层次上,我们都可以同样地问质量是怎么来的?除了最深的夸克和轻子层次外,在各个物质层次上存在有类似的研究质量起源的方法.以原子层次为例,考虑到原子由若干电子和原子核组成,原子的质量可写成构成原子的所有电子的质量加上原子核的质量,再加上这些电子之间及它们和原子核之间的相互作用造成的有效质量.这里需要特别强调一下这个有效质量,它来自于电子之间以及它们和原子核之间的相互作用产生的相互作用能(通常称之为结合能).按照爱因斯坦的质能关系,这个结合能除以光速的平方就是一个质量(鉴于这种质量和能量之间的简单关系,在以下的文章介绍中不再区分其差别),也就是我们称之为的有效质量.这个有效质量在宏观的物质层次上相对于组分的质量,其取值很小,以致可以被忽略,此时我们就回到曹先生文中提到的质量所具有的可相加性,即所谓 牛顿第零定律”.它可表述为:物质的质量等于构成它的各个组分质量的叠加.当我们深入到微观的各个物质层次中时,构成物质的各个组分之间的相互作用部分对物质质量的相对贡献越来越大,例如到原子核的层次,一些质量非常大的原子核像铀㊁钍等,会在吸收1个中子以后分裂成2个或更多个质量较小的原子核,同时放出2个到3个中子和很大的能量,形成所谓的核裂变反应.原子核在发生核裂变反应时,释放出的就是结合能,通常称为原子核能,俗称原子能.1克铀235完全发生核裂变后放出的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量.因此,进入到微观的层次, 牛顿第零定律”必须被修改才能与实际相符,这个 修正的牛顿第零定律”的表述为:物质的质量等于构成它的各个组分质量和组分之间相互作用造成的有效质量的叠加.由于物质的组分只有深入到组分所在的层次才有可能被详细研究,在原来物质的层次上通常只能通过唯象地引入质量参数进行有效的描述,这个质量参数在本层次无法被计算出来而只能被作为理论的输入,而在每一层次能被计算的是物质组分之间的相互作用造成的有效质量,或者说在每个层次上能够并需要计算的是组分之间的结合能.因此在每个层次计算物质的质量,我们的办法是输入组分的质量参数,计算结合能,然后再按 修正的牛顿第零定律”叠加出总的质量.具体地说:在原子层次,我们通过输入电子和原子核的质量,计算原子内部电子之间以及电子与原子核之间的结合能来得到原子的质量,这就构成了对原子能谱的计算;而到原子核层次,我们通过输入强子的质量,计算原子核内强子之间的结合能来得到原子核的质量,它构成了对原子核能谱的计算 等等.从这样的分析看,质量起源的研究贯穿了物质的每个层次,各个层次上的研究主要是输入组分的质量参数并计算结合能,每个层次上的结合能的产生对应着不同的物理机制,而不同层次的物理都给我们理解 质量”时以一定程度的解释.从探索质量起源的角度看,这样做不够彻底,因为组分的质量参数不是计算出来的,它的起源有赖于下一个更深层次的研究.也就是说,每个层次对质量的研究都会有遗留到下个更深层次才能解释的质量参数:在原子层次,我们遗留了电子和原子核的质量;为计算原子核的质量,我们进入原子核的层次,但又遗留了强子的质量;为计算强子的质量,我们进入强子的层次,但又遗留了夸克的质量(需要指出,在夸克和轻子层次,不像曹先生文中所说夸克无质量,夸克是有质量的,而且不同的夸克有不同的质量,我们说的质量参数通常对应粒子物理专业上所说的夸克的 流质量”).令人奇怪的是,电子跨越了原子核和强子的层次,从原子层次直接进入到了夸克和轻子的层次.如果我们把质量起源的研究广义地理解为试图从某个理论中计算出质量的值,我们将要涉及到构成物质的所有层次;如果我们把质量起源的研究进一步狭义化理解为追究这些组分的质量是怎么来的,我们关于质量起源的讨论就可以沿着物质的层次一层层深入地追究,最后追溯到目前人类了解到的物质最小的组分的质量起源,也就是被称为基本粒子的夸克和轻子的质量的起源.这世界天文年专题是质量起源的真正的源头,本文以下将集中讨论这些基本粒子的质量的起源.对基本粒子质量的起源的研究有两种思路:第一种思路是继承以往各个物质层次的做法,认为基本粒子并不基本,它们仍是由其组分 更基本”的粒子组成的(这可以引发哲学方面的各种讨论).这样就可以沿用以前的做法,将基本粒子的质量表述为其组分的质量和组分之间的结合能对质量的贡献的叠加.在基本粒子这一层,我们只能研究结合能,而必须像以往一样把其组分的质量留给更深层次的研究.按此种思路,对基本粒子质量起源的研究只不过是从浅到深的物质各层次研究质量起源的环环相扣的链条中的一环,相对于其他物质层次的研究,并没有什么特别之处.第二种思路是不认为基本粒子有更深层次的结构,也就是它不再由更小的组分构成,这样在基本粒子的层次,就会终结以往其他层次质量研究的链条,因为不再存在有更深的层次了.对第一种思路,现实是目前实验上并未发现基本粒子具有更深层次结构的迹象,具体体现在如下三个事实上:(1)若基本粒子有结构,它就会有所谓的 形状因子”.例如:质子有内部结构,物理上就能测量到质子的 形状因子”.对基本粒子,目前实验上尚未测量到它们的形状因子.(2)如果基本粒子有结构,它的质量谱应该有一定的规律性.例如原子的能谱㊁原子核的能谱㊁强子的能谱都存在有明显的规律性.而目前的基本粒子的能谱,好像相当地不规则.(3)如果基本粒子是由更基本的组分构成的,这些组分的各种排列组合应该可以构成更多可能的新的基本粒子,而不只是目前实验上发现三代的基本粒子,应会有第四代㊁第五代 ,等等,但目前人们从粒子物理的实验和宇宙学的讨论中都分别得到了对基本粒子只能有三代的限制.鉴于这些不利于基本粒子有结构或组分的事实,目前认为基本粒子是由更小的组分构成的观点已经不再是学术界的主流思想,因此我们后面不再对这种可能性进行更多的讨论,而集中对第二种思路进行更深入的探讨.如果基本粒子不再由更小的组分构成,我们以往建立在组分及其相互作用基础上的研究质量的方法就不再适用了,需要有全新的机制.正像曹先生文中提到的那样,质量的起源要落脚在无质量的存在上,即现在探索基本粒子的质量的起源的想法主要是研究如何使无质量的基本粒子通过某种机制得到质量,或者称之为质量的产生,意指质量从无中生成出来.这种从无到有的思想,相对以往组分质量叠加的想法,对质量起源问题看起来更像一个彻底的根本解决方案,其中核心问题是解决如何把一个质量参数从其取值为零变为取某个非零的有限值.从一个更高的角度看,某个量取值为零和非零往往可以和某种抽象对称性的存在与否相联系,即:对称性存在要求这个量取值为零,而当这个量不为零时,对称性就不存在或称之为被破坏了.人们经常把这种通过取值为零与否来标志对称性的有无的量称之为对称性的 序参量”.因此在目前的解决方案中一种可能的做法是把质量参数看成是某种对称性的 序参量”,这样质量的产生就与某种隐藏在背后的支配性的对称性的破缺联系起来了.对称性及其破缺是2008年诺贝尔物理学奖的主题,作者在‘物理与工程“杂志2009年首期受邀专门撰文对此进行过介绍,本刊和‘现代物理知识“等杂志也曾分别刊登过专家们的介绍文章.这是作者为什么先写文介绍对称性及其破缺再写本文的原因之一.为了说清楚基本粒子质量与对称性的关系,需要先从狭义相对论对基本粒子的分类说起.狭义相对论要求单粒子态具有自旋量子数j,并且这个j 只能取分立的正整数或半正整数,而从量子力学的基本假设和狭义相对论结合而成的量子场论的自洽性出发可以导出著名的自旋统计关系,它指出自旋为整数的粒子必须是玻色子,自旋为半整数的粒子必须是费米子.量子场论进一步对非零自旋的粒子提出要求:(1)若其无质量,它只能由两个态构成(例如自由空间的光子只能有两个独立的横向极化状态),这两个态通常被选为自旋平行和反平行于粒子动量的态,分别被叫做右手态和左手态.右手态代表粒子的自旋和动量的方向之间呈现右手螺旋关系,左手态代表自旋和动量的方向之间呈现左手螺旋关系.这两个态之间可以通过空间反射相互转化.狭义相对论要求零质量粒子只能以光速运动,这导致不存在有参考系能使粒子的运动反向,因此右手态和左手态之间是不可能通过观测者的参考系选择相互转化的.(2)若其有质量,它将由2j+1个态构成,在粒子静止的参考系中,2j+1个态的自旋在空间中的指向各不相同.不同于零质量粒子,这些态是可以通过观测者的参考系选择相互转化的,因为总可以选择参考系使粒子反向运动.除了自旋为零的粒子(它不出现在目前业已被发现的基本粒子的队伍中,但后面将要提到的与基本粒子质量起源有密切关系的尚未被发现的H i g g s粒子却是自旋为零的粒子),自旋为1/2的粒子与自旋大于1/2的粒子在其世界天文年专题质量与对称性的关系方面有如下本质的不同:(1)对自旋为1/2的粒子(基本粒子中的夸克和轻子都属于这类粒子),无论其有质量与否,它都只由两个态构成(因2j+1在j=1/2时为2),唯一的差别是无质量时,两个态之间不能通过参考系选择相互转化,而有质量时,两个态可以通过参考系选择相互转化.因此对自旋为1/2的粒子,质量成为其两个状态能否能通过参考系选择相互转化的关键,而在量子场论中,质量参数就具体体现为把左手态和右手态耦合在一起的所谓质量项的系数.左右手态因存在质量而可以通过参考系选择相互转化,导致理论中不可能存在左手态或右手态自己独立的对称性,因为体系的左手态和右手态是关联在一起的,态之间要存在对称性就必须是左手态和右手态联合在一起做同样变换的对称性,而非左手态或右手态各自单独或做不同变换的对称性.这种左手态或右手态各自独立或做不同变换的对称性在粒子物理中被称为手征对称性,其中手征一词反映对称性是带左手或右手的手性这一特点.因此结论是:若一些自旋为1/2的粒子态具有质量,则它们之间一定不能具有手征对称性.或者说手征对称性一定是一个被破缺了的对称性.这个结论的逆反表述为:若一些自旋为1/2的粒子态具有手征对称性,则它们的质量必然为零.这样,自旋为1/2的粒子质量从无到有的产生就和它可能具有的手征对称性的从有到无,或者说手征对称性的破缺联系起来了.研究自旋为1/ 2的粒子质量起源转化成了探索自旋为1/2粒子所具有的手征对称性及其破缺的机制.除了手征对称性外,自旋为1/2的粒子如果有质量,由于左手态和右手态之间可以通过观测者所在参考系的选择相互转化,因而是对称的.我们还可以建立所谓的左右手对称性,这是一个分立的对称性,它把左手态变成右手态,或把右手态变成左手态.反过来,如果自然界没有这种左右手对称性,自旋为1/2的粒子必须没有质量,因此自旋为1/2的粒子质量从无到有的产生还会导致体系左右手对称性的产生.进一步可以证明,对另一种分立的对称性变换 电荷共轭变换,它可以把左手正荷态变换成右手的负荷态.而对纯中性粒子的负荷态与正荷态,因为荷为零是一样的,因此自旋为1/2的粒子如果是纯中性的(例如中微子),其左手态经过电荷共轭变换后得到的电荷共轭态也可被看成是另一种的右手态,因而存在把纯中性的左手态与其电荷共轭态耦合在一起的一种新的质量参数,叫M a j o r a n a质量.中微子因其质量可以具有M a j o r a n a质量的成分而导致中微子的质量与其他基本粒子的质量可能有质的不同.(2)对自旋大于1/2的粒子,也就是自旋等于1或大于1的粒子(基本粒子中的传递相互作用的粒子都是自旋为1的规范粒子).如前所述,如果它有质量,将至少有3个以上的态(因2j+1在j≥1时大于等于3);而如果无质量,则只有2个态.物理上并没有理由禁止我们将无质量的粒子看成是有质量的粒子把质量参数取趋于零的极限.但我们发现在取零质量的极限时,构成粒子的态的数目不对了.以自旋为1的粒子为例,从粒子有质量出发,在质量参数趋于零时,仍得到粒子有3个态,而不是零质量粒子的2个态,虽然这时质量参数已经取成零了.为了确保我们取零质量极限得到的确实真是物理的零质量粒子,3个态中至少需要有1个态(通常是所谓的纵向态)在物理上是观测不到的,这就意味着存在某种对称性,因为对称性的特性是它会导致某种物理量不可观察.这种使粒子多余态不可观察的对称性叫规范对称性,它的存在保证了粒子只有两个可以被观察到的状态,因而是无质量的.反之如果粒子有质量,这种规范对称性就不能存在或者说必须被破坏.因此我们得到结论:对自旋大于1/2的粒子,规范对称性的存在将保证其质量为零.反过来,对自旋大于1/2的粒子,若要有质量,则相应的规范对称性必须被破缺.这样,自旋大于1/2的粒子质量的从无到有的产生就和它所具有的规范对称性的从有到无,或者说规范对称性的破缺联系起来了.研究自旋大于1/2的粒子质量起源转化成了探索自旋大于1/2的粒子所具有的规范对称性及其破缺的机制.目前实验上业已发现的基本粒子包括夸克㊁轻子和规范粒子.其中除了自旋为1的光子和胶子是零质量外,所有其他的粒子包括自旋为1的电弱规范粒子W±和Z0及自旋为1/2的夸克和轻子都是有质量的.这些质量参数构成了目前人类描写基本粒子及其相互作用的标准模型中所要输入的参数的最大的部分.经过多年的研究,人们把这些有质量粒子的质量的产生机制等价为一组抽象的对称性 数学上的群论表述的S U(3)C×S U(2)L×U(1)Y对称性到其子对称性S U(3)C×U(1)e m的破缺机制上.这里每个对称性群都有一个下角标用于指明它的出处:下角标C代表强作用的颜色群㊁L代表电弱作用的左手群㊁Y代表电弱作用的超荷群㊁e m代表电磁作用的群.被称之为强作用颜色对称性(同时也是规范对称性)的S U(3)C群是不破缺的,它保证世界天文年专题胶子没有质量,另一部分被称之为电弱对称性的S U(2)L×U(1)Y群要破缺到其子对称性 电磁对称性群U(1)e m,剩下未破缺的电磁对称性U(1)e m 同样也是规范对称性,它保证光子没有质量.电弱对称性S U(2)L×U(1)Y是规范对称性,它若存在,则要求所有自旋为1的电弱规范粒子(包括光子㊁W±和Z0)都没有质量;电弱对称性S U(2)L×U(1)Y同时还是手征对称性,它若存在,则要求所有自旋为1/2的夸克和轻子都没有质量.因此研究基本粒子的质量是如何获得的实际上等价于研究电弱对称性S U(2)L×U(1)Y是通过什么机制破缺到其子电磁对称性U(1)e m的.进一步讲,这种对称性的破缺如果只是通过在理论中加入粒子的质量项(这种破缺的实现被称为对称性的明显破缺)是不能保证理论的自洽性的,它将导致理论的幺正性和可重整性的破坏,对称性的破缺只有是自发的破缺才有可能保证理论自洽性.关于对称性的自发破缺和质量产生的关系我们后面还会进一步讨论.有人说把研究基本粒子的质量起源问题转化为研究电弱对称性自发破缺的产生机制问题是换汤不换药,把一个未解决的问题转换了成另一个未解决的问题.这种评论虽不能说错,但换个角度看问题,很可能会使我们更好地理解以致促进我们解决问题.特别是在基本物理规律的研究中,人们发现对称性经常起着非常根本和第一性原理的作用,把质量起源与对称性联系起来也就把质量的起源的研究上升到了与对称性同等根本的层次.还有人说夸克和轻子的质量对研究质量起源并不重要,理由是:原子的质量主要来自原子核中的质子和中子,而质子和中子的质量主要来自组成它的夸克的结合能,夸克质量(指流质量)对质子和中子的贡献是很小的,而电子的质量对原子质量的贡献显然也是很小的.因此即使夸克和轻子都维持没有质量,质子和中子的质量以及原子的质量与实验上观测到的数值也不会相差太大.据此认为我们研究夸克和轻子的质量实际上只是关注了原子质量中一个很小的不见得重要的部分.这种观点所说的我们研究质量起源只关注了原子质量中一个很小的部分是不错的,那个剩下的大部分主要是夸克的结合能,还有其他的结合能,如原子核内质子与质子㊁中子与中子㊁质子与中子之间的结合能,原子核与电子的结合能等等,这些结合能需要本文前面提到的物质各层次对应的学科进行专门的研究.我们之所以把目标锁定那部分相对很小的夸克和轻子质量的贡献,除了前面提到的认为这是质量起源的源头外,还因为夸克和轻子质量有着我们通常所没有预期到的更重要的作用,具体如下:(1)如果夸克没有质量,质子将不再会像现在那样比中子轻,而反过来会比中子重.这是因为质子带电而中子不带电,额外的电磁作用产生的能量倾向使质子更重.在现实世界中,质子比中子轻是因为夸克有质量,质子由两个u夸克和一个d夸克组成,中子由两个d夸克和一个u夸克组成,u夸克比d夸克轻导致质子由于比中子多一个u夸克少一个d夸克而更轻.这个夸克质量导致的效应超过了质子带电的效应,最后使得质子比中子轻.若夸克无质量,夸克质量的效应就消失了,质子带电的效应使得质子变成比中子重.这样自然界就将允许质子向中子衰变,而中子将成为最稳定的重子.从而自然界将会允许大量自由存在不带电的中子而不是现实中观察到的质子(也就是氢原子核).这样自然界最轻的元素氢的原子核就不再是带电的质子,而应是不带电的中子了,因此,通常的氢原子也就无法形成,而只能由其同位素如氘或氚来替代了.(2)如果轻子没有质量.注意到氢原子的玻尔半径反比于电子的质量,作为轻子一员的电子没有质量将导致无穷大的玻尔半径,也就是说,氢原子同样无法形成.因此无论怎样都导致没有现在意义上的氢原子,因而也就没有现在绝大部分的分子㊁无机物㊁有机物 以致生命就也都没有了.这样看来,夸克和轻子的质量对于我们这个世界维持目前这个样子是至关重要的.由于质量起源与对称性及其自发破缺的密切关系,人们既从对称性自发破缺的角度,也从完全不涉及对称性的其他角度分别对质量起源开展了研究,下面我们具体罗列和讨论三种人类业已发现的与质量起源有关的质量产生和分裂的机制: (1)粒子与真空作用,导致对称性的自发破缺,产生质量这是人类目前所认识到质量起源的最主要的机制.自然界里的真空并不是空空如也的虚空,而是有复杂的结构.其中当体系的相互作用具有对称性时,最低能态若发生简并,就会出现所谓的对称性自发破缺现象,这正是我们谈到的质量起源的对称性表述,即电弱对称性的自发破缺所需要的.本文作者在‘物理与工程“杂志2009年第1期上的第一篇文章中,对对称性自发破缺给予了详细的介绍.在那里,我们说明了对连续对称性(电弱对称性就是一种连世界天文年专题。