人们遇到了问题总喜欢把责任往外推。如果卫生间的体重秤上显示的数字太大，那该怪谁呢？怪巧克力，怪快餐，还是怪自己懒？哦，等等！还有希格斯玻色子可以当替罪羊！就是希格斯机制赋予了所有粒子质量。因此，没有希格斯粒子，就没有超重这么回事，对吗？当然不对啦……

你以为希格斯机制会扫一眼埃尔温、麦克斯韦和艾米，然后说：“我要给你们这么多质量、那么多质量……”才不是这样呢。只有基本粒子才有质量。在“原子vs基本粒子”一节中我们已经看到，只有不能被分解成更小粒子的粒子才能真正称得上“基本粒子”。所以，让我们再玩一次“把东西打碎然后看看里面有什么”的游戏吧，但这次的重点是粒子的质量。当我们聊到微观尺度，还是用与千克或磅不同的单位来表示质量更方便。粒子物理学家用的是MeV（兆电子伏特），其中1MeV相当于1.7·10-30千克。你看，这是一个非常微小的单位，为微小的粒子而设。实际上，MeV是一个能量单位，但由于质量和能量是等价的，它也可以用来表示质量。

质子——是不是基本粒子？

让我们从一个重70千克的人开始说起。这个人是由各种粒子组成的，具体包括：1.5·1027个质量为14 904MeV的氧原子，9.8·1026个质量为11 178MeV的碳原子，3.9·1027个质量为938MeV的氢原子，6.0·1025个质量为13 041MeV的氮原子，1.6·1025个质量为37 260MeV的钙原子，1.2·1025个质量为33 021MeV的氯原子，1.4·1025个质量为28 852MeV的磷原子，还有其他原子也贡献了一些质量。如果把它们全部加起来，我们就得到了70千克。很好！

现在我们再进一步，看看我们体内6.5·1027个原子中一个原子的结构。以碳原子为例，它的质量大约是氢原子质量的12倍。我们知道原子的结构，如卢瑟福的原子模型所示，其质量几乎全部集中在原子核上。这些原子核由质子和中子组成，它们的重量几乎相同。而碳核是由6个质子和6个中子组成的，而氢核只有一个质子，这就完美地解释了碳原子的质量是氢原子的12倍。很好！

嗯，差不多是12倍吧——这次我们玩了个小把戏，故意忽略了一些事情。质子质量的12倍并不完全等于碳原子的质量。质子和中子作为核子必须聚在一起，它们需要一些结合能。从核子质量之和对应的能量中减去结合能，我们会发现小小的质量差（见关于“质量亏损”的解释）。所以碳原子比12个氢原子略轻。但这种影响微不足道，只有0.8%左右。你看，在原子核的体系中，质量不再只是实打实的质量，而会被能量稍稍修正。

现在让我们深入基本粒子的丛林。更深一层，我们便要从质子谈到它的组成部分——夸克了。据我们所知，这些家伙是基本粒子，是从希格斯机制中获得质量的。物理学家是通过散射实验才知道质子中存在夸克的，我们在“原子vs基本粒子”一节中了解了它们。在卢瑟福散射实验中，α粒子被散射出原子核，揭示了原子结构的秘密。这就像往一个目标上射弹子，我们可以通过散射的方向猜测目标的结构。而在这一节中，我们看到了一张瞄准质子的巨大电子枪的图，这种散射实验揭示了质子的结构。在低能量的条件下，质子的行为就像一个球。但在能量较高时，人们可以看到，电子的确可以让质子散射出小夸克：两个上夸克和一个下夸克。

通过进一步增加电子枪的能量，我们甚至可以把其中一个夸克从其他夸克中驱逐出去。但是接下来，奇怪的事情发生了。是强相互作用使夸克聚在一起，形成质子，而强相互作用场中的能量，距离越大，能量越大。如果你尝试着把一个夸克和它的朋友们分开，那么它们之间的能量就会变大；就这样，能量不断增加，最后增加到足够大，会因为E=mc2产生一对夸克和反夸克。因此，与所有其他构成物质的粒子不同，夸克是不能被拆分的。你可以把电子从原子中分离出来，把质子从原子核中分离出来，但是能从其他夸克中分离出单一的夸克吗？不能。

因此，在这张简单的图里，一个质子由三个夸克组成。如果你仔细观察，你可以看到胶子（以小弹簧表示）把夸克粘在一起。如果你再仔细看，胶子们在从一个夸克到另一个夸克的过程中会出现有趣的事。只在很短的时间内，它们就分裂成了一对夸克和反夸克。我们在关于“费曼图”的一节中认识了这种临时产生的粒子，即“虚粒子”。如果把画面放大一点，你可以看到虚夸克又在交换胶子，如此这般，无限重复。质子的结构就是这样。但是它的质量呢？

一切都与E=mc2有关

让我们将画面缩小，看看基本的质子情况。三个夸克和胶子。胶子是无质量的，那么我们来看看夸克：无论上夸克还是下夸克，它们都轻于10MeV，这实际上是它们通过希格斯机制获得的质量。可是3乘以10MeV……根本不等于938MeV——质子的质量。

这种神奇的现象依然可以用E=mc2来解释。但这一次，它影响的不仅仅是0.8%的质量差，而几乎是整个质子的质量！希格斯机制产生的只是少得可笑的零星质量，即夸克质量。但这里产生质子质量的到底是什么能量呢？

我们得看看海森堡不确定性原理。它指出，你对一个粒子的位置知道得越精确，你对它的动量值知道得越少。在宏观尺度上，这个效应并没有起到作用。当然，“精确”的定义是相对的。有些人可能会说：“我精确地知道我的车在哪里。在车库里。而且我还精确地知道它的动量是多少：零。它已经熄火了。”的确如此。如果忽略掉其中的某种不确定性的话。你绝对无法在描述你的汽车位置时精确到1飞米，即10-15米。可我们描述困在质子内的夸克的位置时，正是精确到了这个程度。在这些尺度上，不确定性原理确实发挥了很大的作用。动量的不确定性显著增长。这意味着夸克不可能静静地待在原地，而是会剧烈晃动，一副怒气冲冲的样子。

所以，夸克会在质子内部快速移动。但是，由于强相互作用的特殊性质，它们还是无法逃离质子。通过快速运动，夸克会携带大量的动能。而且夸克会与它们交换的胶子分享这些能量。所以基本上质子就是一个无法释放能量的小能量包，其中的能量就是我们观察到的质子的质量——好比一个盒子，里面装有E=mc2。