质量是什么？直到今天，没有一个人知道质量是什么，也没有人知道质量是怎么产生的。质量这个听上去很简单的问题，其实是宇宙中最大的谜团之一。2012年7月4日，欧洲核子研究组织宣布，他们利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子。这一发现说明在我们的宇宙中，我们的身边，充斥着一种我们看不见摸不着的场——希格斯场。宇宙并不是虚空的，它充满了量子场薄膜，我们所有的人，地球、太阳、黑洞、星系都处在薄膜的包裹之中。科学家推断，希格斯场的存在也许就是质量产生的原因。

质量其实是没有定义的。通常大家会说物质的重量就是质量。那什么是物质呢？有质量的物体就是物质。这听上去特别的怪，这是用一个概念去定义另一个概念，在逻辑上是混乱的，这就叫循环定义。质量为什么会出现循环定义呢？就是因为没有人知道什么是质量。

科学家认为质量分两种，第一种叫惯性质量。比如说汽车的质量越大，刹车的距离就越长，这就是惯性质量。还有一种叫引力质量，比如说火箭只有达到每秒钟11.2公里速度的时候，才能摆脱地球的引力，这就是引力质量。但是，惯性质量等于引力质量吗？这也是一个未知之谜。

中科院武向平院士曾描述：“这两个量是不是相等，人们也不知道。所以广义相对论最重要的假设就是让它们相等起来，这是前提。前提让它相等了以后才发现建立了广义相对论。广义相对论的核心部分就是让惯性质量和引力质量相等。这是假设，所以人们就去测它。但是，这是非常难以测量的。”

不管是惯性质量还是引力质量，这都不是质量的本质。想要了解质量，通常大家都会这么想：只要找到物质的最小单位，看看它是怎样获得质量的，不就能够解决这个问题了吗？物质的最小单位是什么呢？那就是量子。

时间回溯到1928年，英国剑桥大学的青年学者，二十六岁的保罗狄拉克，想要发掘原子的秘密。在那个时代，人们只发现了一种基本粒子，就是电子。在狄拉克之前，已经有一个描述量子态的方程了，就是奥地利物理学家薛定谔的方程。但是薛定谔方程还不够完美，它和爱因斯坦的相对论不相容，没有时空一体的概念，它只能根据特定的时间系和观察者的坐标去描述粒子波函数的演化。

狄拉克想把量子力学与相对论联系起来，他想要找到一个放之四海而皆准的完美的方程。狄拉克把自己关在家里，他没日没夜地计算，有句老话叫不疯魔不成活。人这一辈子想要做出点事业，总得有一两次要把自己搞成疯魔的状态。整整三个月后，几度陷于崩溃边缘的狄拉克终于计算出薛定谔方程的洛伦兹协变式。这就是量子力学中彪炳千古的狄拉克方程。

狄拉克方程是人类有史以来最美丽的方程之一。我们这些外行人完全看不出数字之美，所以我们借助别人的嘴来评价。弦理论科学家也是著名的科普作家，加来道雄曾经说过，他第一次看到狄拉克方程的时候泪流满面。

狄拉克方程一出世就显示出巨大的威力，它可以概括电子所有的复杂现象。比如说，方程可以描述电子的自旋，还可以描述电子的磁极。后来人们陆续发现了中微子、上下夸克，这些基本粒子的属性都可以通过狄拉克方程进行计算。很快科学家就发现，虽然人类已经可以精确地计算粒子的行为，但是仍然无法解决质量之谜。为什么呢？因为那些表现物理量特性的最小单元，比如夸克和电子，它们之间是依靠着不同的力结合在一起的。想要破解质量之谜，除了找到基本粒子外，还需要知道基本粒子是从哪儿来的。

科学家发现，维持原子运行的力一共有三种。第一种是电磁力，就是电子围绕着原子核运转的力。第二种是弱核力，就是中微子飞出原子核的力。第三种是强核力，就是将夸克束缚成质子与中子的力。最先可以直接破解的就是电磁力，因为狄拉克的方程可以很精确地描述电子。在众多物理学家的努力下，在狄拉克方程的基础上推导出了电磁力方程。这个方程就揭示了电子围绕原子核旋转的终极原因。原来电子会释放出虚光子，它与原子核之间持续不断地交换着虚光子，从而产生了电磁相互作用力。然而，虚光子是没有质量的，这种旋转并不是质量产生的原因。所以科学家还要从另外的两种力上入手，那就是弱核力和强核力。

这个时候，另一位关键的人物出场了。时间来到1953年。三十一岁的杨振宁到布鲁克海文国家实验室访问。杨振宁有一个宏大的愿望，他想使用一个公式，将电磁力、弱核力与强核力三种基本力统一起来。

恰好刚刚毕业的米尔斯与杨振宁共用一间办公室，两人很快就成为了朋友。他们经常讨论杨振宁的思路，主要是在统一三种力的计算中遇到的各种难题。在公式中，会产生很多复杂的二次项和三次项，使方程变得特别复杂。有一天，他们产生了一个绝妙的想法：能不能在一开始就加入一些二次、三次项，与后期产生的二次、三次项相互消除呢？杨振宁与米尔斯试着加入了一个二次项。神奇的事情发生了，居然把后面产生的所有复杂的、无序的项全部都消除了。他们得到了一个非常漂亮的数学结果。从那一刻起，杨振宁就知道自己打开了物理界的另一扇大门，用他的话说，这是挖到宝贝了。

1954年，杨振宁和米尔斯发表了杨-米尔斯规范场理论。这是一个划时代的理论，可以将电磁力、弱核力和强核力统一起来。规范场理论也为人类苦苦追寻的大统一理论——用一个公式描述全部宇宙现象的理论——打下了坚实的基础。因此，杨振宁不愧为当代最伟大的物理学家之一。但是，杨-米尔斯规范场理论却带来了一个绝对惊诧的问题：在这个理论的框架下，所有的粒子都是没有质量的。当时的物理学家都感到震惊，如果说粒子没有质量，也就意味着整个宇宙没有质量，这完全不符合我们对世界的观察。因此，也没有多少人把杨-米尔斯规范场当回事。想要解开这个谜题，还要再等上十几年。

时间来到1966年。三十三岁的史蒂文·温伯格正在加州伯克利大学当讲师。他是一个非常勤奋的人，研究过量子物理中的很多课题，但都没有取得过突破性的进展。温伯格一直在思考杨-米尔斯规范场的问题，直到有一天，他看到了物理学家希格斯的论文，他一下子恍然大悟，融会贯通。

杨-米尔斯规范场的结论并没有错，粒子本身就是没有质量的。那为什么我们吃顿饭胃里会觉得沉甸甸的呢？那是因为大自然还有另一种神奇的机制。粒子分为两种，一种叫费米子，像电子、中微子、上下夸克，这都是费米子，表现为有质量。还有一种叫玻色子，像光子、膠子，玻色子没有质量。虽然费米子表现为有质量，但这种质量并不是它们自带的，而是来自真空中的一种场。

经过1年时间的研究，温伯格将电弱统一理论建立在了杨-米尔斯规范场的基础之上，从而得到了一个完美自洽的理论。他的结论是：宇宙中遍布着一种量子场，这个场，以最早预言它的科学家希格斯来命名，称为希格斯场。希格斯场是质量的根本源泉。到1979年的时候，温伯格获得了诺贝尔奖，但他是因为电弱理论而得到了诺贝尔奖，并不是因为他对希格斯场的研究。为什么呢？因为人们从未在宇宙中观测到希格斯场。很多物理学家认为这是科幻小说里的情节。如果说真的存在着希格斯场，那就必须要用实验来证明。问题是，希格斯场在哪儿呢？

时间来到2012年。在瑞士日内瓦近郊有一个欧洲核子研究组织。这个组织大名鼎鼎，就是因为它有一个大型的强子对撞机，是全世界最昂贵、最复杂的实验设备之一。建这个对撞机的一个主要目的就是寻找希格斯场。

希格斯场本身是看不见摸不着的，但是在理论上可以观测它的量子激发态——希格斯玻色子。可以举一个例子，就像是海浪从大海中涌出一样。找到了希格斯玻色子也就能证明希格斯场的存在。强子对撞机将两束质子束在高速中对撞，通过粒子侦测器来寻找希格斯玻色子。2012年7月4日，欧洲核子研究组织宣布，他们在实验中寻找到了希格斯玻色子，这是进入二十一世纪以来人类最重大的物理发现。从温伯格等科学家预言希格斯玻色子存在，人们用了半个世纪的时间终于确定希格斯场真的存在于宇宙之中。

现在我们可以再次回过头来看一看质量产生的原因了。宇宙中充斥着希格斯场，希格斯场里遍布着希格斯玻色子。当属于费米子的粒子，像电子这样的粒子在希格斯场里运动的时候，它们就像是在黏稠的蜂蜜里游泳一样。粒子在希格斯场中运动，这些粒子就被赋予了质量。但是另一类粒子，属于玻色子的，比如说光子就不会与希格斯场产生作用，所以光子可以无视希格斯场的存在。光子一秒钟就能飞行三十万公里，就是因为希格斯场拦不住光子。希格斯场对我们的宇宙异常重要，如果没有希格斯场，夸克与电子的质量就为零。电子质量越小，原子的尺寸就越大。当电子质量变为零时，超大尺寸的原子会相互碰撞，将整个原子拆散。没有原子，也就不会有人类、大自然、地球和大千世界。

讲到这里，看上去人类苦苦追寻的质量之谜似乎终于被破解了。质量是希格斯场赋予某些粒子的产物，但是细想一下还是不对，这仍然只是质量的一种表象。说了半天，其实我们仍然不知道质量是什么，只是向最终的答案又迈进了一步而已。质量之谜并没有破解，它仍然是这个世界最大的秘密之一。

即便是科学昌明的今天，我们对宇宙的神秘无穷仍然只能略窥一二。古人说学海无涯，追求知识的道路永无尽头。当我们知道得越多，我们就越知道自己的浅薄。就像古希腊哲学家苏格拉底说的那样，除了自己的无知，其实我什么都不懂。