物质是怎么消失的？比如一吨的木头烧成灰的过程

一吨木头烧成灰，变轻了！那么木头“减肥”减哪去了呢？这似乎违背了我们从小接受的质量守恒定律，实际上加上产生的气体质量也不够。这个问题涉及到了宇宙“管理”一切物质的方法，下面通俗聊聊到底怎么回事。

质量哪去了？

初中化学中有这么一个实验，把燃烧的木炭放入密闭容器中，再倒入澄清石灰水，会发现石灰水变浑浊，因为石灰水吸收了木炭燃烧后生成的二氧化碳。

如果这个实验全程都在一个密闭的容器中进行（理想状态下石灰水把反应气体都吸收了），那么反应前后质量相等吗？实际上，还是不相等，因为反应过程还产生了光和热，即能量。能量并不可能凭空出现，因为能量也需要守恒，原子弹爆炸告诉我们微小质量亏损会释放出大量的能量，它们的关系是：

这是爱因斯坦的质能等价方程：亏损的质量△M乘以光速（c）的平方等于释放的能量。木炭燃烧并没有爆发出原子弹的威力，能量很小，而光速又很大，所以木材释放光和热损失的质量（△M = E / c^2 ），非常小，小到小数点后16位开外，普通的实验是根本发现不了的。那么方程背后的意义是什么，为什么质量会和能量扯上关系呢？

为了原子，扯出了粒子

18世纪，科学家做了大量化学实验，发现物质反应前后质量不变，因此有了质量守恒定律，至于原因就是质量亏损太小了，他们没有察觉。

当时“原子是最小的粒子”的理论大行其道，反应前后，不可分割的最小粒子数量并没有改变，因此质量也不可能改变，即守恒。

不过，说是这么说，但需要证明，要清楚了解原子到底是什么样的。卢瑟福最先用α粒子轰击金箔，希望从轰击结果找出点蛛丝马迹，结果一轰成名，发现原子由电子与原子核构成。

于是大量科学家加入了轰击大潮，而且想法也越来越大胆，设备也在不断升级，最后演变成了“大冲撞”，设备也变成了如今的高速粒子对撞机。

当然，钱不是白花的，实验让“原子论”彻底崩塌，反而冒出来上百种更小的粒子，随着继续“撞”发现原来“撞”出来一些粒子是复合粒，也就是没完全拆开，例如发现的中子、质子其实是由更小的粒子构成。

最终，科学家得到了61种不可再拆分的粒子。有人可能说质量守恒换汤不换药，无非是把反应前后的原子换成粒子，还是守恒。如果是这样的话就没有爱因斯坦质能方程什么事了。

质量就是能量

质量到底是什么？直到2012年才被希格斯“撞”出来，于是给了他个诺贝尔奖。基础粒子自身都是零维没有静止质量的点粒子（波，波粒二象性），却能构成三维的物质，包括你和我，源于它们之间发生了四种基本的相互作用，可以理解为上帝建立宇宙万物的规则。

原子的质量主要来自于原子核，电子几乎可以忽略不计。原子核的质量又来源于质子与中子，质子、中子又由三价夸克构成。

基础粒子可以分成两部分，就像盖房子的材料，一部分是夸克、电子这样的粒子属于主材（墙砖、地砖、板材），另一部分是光子、胶子这样这样的属于辅材（水泥、胶水）。辅材负责连接主材，但不能乱用，比如砖要用水泥，不能用胶水。

图：四种基本相互作用图解

带电荷的粒子之间依靠交换光子进行相互作用，例如磁铁同性排斥异性相吸，叫做电磁力。质子与电子都带电，它们之间的相互作用就是电磁力。

原子核中同性的质子被束缚在一起也需要核内的强核力。以上所有相互作用，利用质能方程求出质量，再加上三价夸克与电子的自身质量的总和只占原子整体质量的1%。

另外99%的质量源于强相互作用，胶子就像辅材一样束缚着三个夸克，原理类似于电荷，但夸克会变色，称之为色荷，同样可以通过强相互作用的能量求出质量。还有导致原子衰变的弱力以及引力，这里不赘述了。

不过，还有一个重要的问题没有解决：如果质量是粒子与粒子间的相互作用，那么粒子本身质量是哪来的？如果这个问题不解决，相当于大家白玩一场，又回来了最开始的问题，粒子自身质量从哪来？

上面一开始说了所有基础粒子自身是零维没有静止质量的粒子，它们自身想要具备质量必然还存在着什么与它们发生相互作用。

物理学家希格斯通过大型对撞机找到了“大部分主材都适用的辅材”——希格斯玻色子。

希格斯玻色子源于希格斯场的震动，整个宇宙就像一个希格斯人海，一些基础粒子由于自身特性（比较出名），会被希格斯场的束缚，从而具备一定势能。因此粒子自身具有的质量。有些粒子并不会受到希格斯机制制约，例如光子是个无名小卒，不被束缚，静止质量为零，总是以恒定的光速运动。

木炭燃烧质能守恒

构成宇宙万物的粒子就像一具具躯壳，由于相互作用，拥有了质量，本质其实是能量，木材同样如此，即使反应后质量减小了，但是算上光和热，质能是守恒的。