一噸木頭燒成灰，變輕了！那么木頭“減肥”減哪去了呢？這似乎違背了我們從小接受的質量守恒定律，實際上加上產生的氣體質量也不夠。這個問題涉及到了宇宙“管理”一切物質的方法，下面通俗聊聊到底怎么回事。

質量哪去了？

初中化學中有這么一個實驗，把燃燒的木炭放入密閉容器中，再倒入澄清石灰水，會發現石灰水變渾濁，因為石灰水吸收了木炭燃燒后生成的二氧化碳。

如果這個實驗全程都在一個密閉的容器中進行（理想狀態下石灰水把反應氣體都吸收了），那么反應前后質量相等嗎？實際上，還是不相等，因為反應過程還產生了光和熱，即能量。能量并不可能憑空出現，因為能量也需要守恒，原子彈爆炸告訴我們微小質量虧損會釋放出大量的能量，它們的關系是：

這是愛因斯坦的質能等價方程：虧損的質量△M乘以光速（c）的平方等于釋放的能量。木炭燃燒并沒有爆發出原子彈的威力，能量很小，而光速又很大，所以木材釋放光和熱損失的質量（△M = E / c^2 ），非常小，小到小數點后16位開外，普通的實驗是根本發現不了的。那么方程背后的意義是什么，為什么質量會和能量扯上關系呢？

為了原子，扯出了粒子

18世紀，科學家做了大量化學實驗，發現物質反應前后質量不變，因此有了質量守恒定律，至于原因就是質量虧損太小了，他們沒有察覺。

當時“原子是最小的粒子”的理論大行其道，反應前后，不可分割的最小粒子數量并沒有改變，因此質量也不可能改變，即守恒。

不過，說是這么說，但需要證明，要清楚了解原子到底是什么樣的。盧瑟福最先用α粒子轟擊金箔，希望從轟擊結果找出點蛛絲馬跡，結果一轟成名，發現原子由電子與原子核構成。

于是大量科學家加入了轟擊大潮，而且想法也越來越大膽，設備也在不斷升級，最后演變成了“大沖撞”，設備也變成了如今的高速粒子對撞機。

當然，錢不是白花的，實驗讓“原子論”徹底崩塌，反而冒出來上百種更小的粒子，隨著繼續“撞”發現原來“撞”出來一些粒子是復合粒，也就是沒完全拆開，例如發現的中子、質子其實是由更小的粒子構成。

最終，科學家得到了61種不可再拆分的粒子。有人可能說質量守恒換湯不換藥，無非是把反應前后的原子換成粒子，還是守恒。如果是這樣的話就沒有愛因斯坦質能方程什么事了。

質量就是能量

質量到底是什么？直到2012年才被希格斯“撞”出來，于是給了他個諾貝爾獎。基礎粒子自身都是零維沒有靜止質量的點粒子（波，波粒二象性），卻能構成三維的物質，包括你和我，源于它們之間發生了四種基本的相互作用，可以理解為上帝建立宇宙萬物的規則。

原子的質量主要來自于原子核，電子幾乎可以忽略不計。原子核的質量又來源于質子與中子，質子、中子又由三價夸克構成。

基礎粒子可以分成兩部分，就像蓋房子的材料，一部分是夸克、電子這樣的粒子屬于主材（墻磚、地磚、板材），另一部分是光子、膠子這樣這樣的屬于輔材（水泥、膠水）。輔材負責連接主材，但不能亂用，比如磚要用水泥，不能用膠水。

圖：四種基本相互作用圖解

帶電荷的粒子之間依靠交換光子進行相互作用，例如磁鐵同性排斥異性相吸，叫做電磁力。質子與電子都帶電，它們之間的相互作用就是電磁力。

原子核中同性的質子被束縛在一起也需要核內的強核力。以上所有相互作用，利用質能方程求出質量，再加上三價夸克與電子的自身質量的總和只占原子整體質量的1%。

另外99%的質量源于強相互作用，膠子就像輔材一樣束縛著三個夸克，原理類似于電荷，但夸克會變色，稱之為色荷，同樣可以通過強相互作用的能量求出質量。還有導致原子衰變的弱力以及引力，這里不贅述了。

不過，還有一個重要的問題沒有解決：如果質量是粒子與粒子間的相互作用，那么粒子本身質量是哪來的？如果這個問題不解決，相當于大家白玩一場，又回來了最開始的問題，粒子自身質量從哪來？

上面一開始說了所有基礎粒子自身是零維沒有靜止質量的粒子，它們自身想要具備質量必然還存在著什么與它們發生相互作用。

物理學家希格斯通過大型對撞機找到了“大部分主材都適用的輔材”——希格斯玻色子。

希格斯玻色子源于希格斯場的震動，整個宇宙就像一個希格斯人海，一些基礎粒子由于自身特性（比較出名），會被希格斯場的束縛，從而具備一定勢能。因此粒子自身具有的質量。有些粒子并不會受到希格斯機制制約，例如光子是個無名小卒，不被束縛，靜止質量為零，總是以恒定的光速運動。

木炭燃燒質能守恒

構成宇宙萬物的粒子就像一具具軀殼，由于相互作用，擁有了質量，本質其實是能量，木材同樣如此，即使反應后質量減小了，但是算上光和熱，質能是守恒的。