亚原子减肥指南 - 《华尔街日报》

插图：托马斯·瓦伦塔诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔切克探索宇宙奥秘。阅读往期专栏请点击此处。

随着新年的到来，许多人决心减掉一些体重。他们常常会问：这些体重都是从哪里来的？答案如下。

阿尔伯特·爱因斯坦的E=mc2是物理学中最著名的方程。它表明能量（E）等于质量（m）乘以光速的平方（c2）。因此，质量可以转化为能量。众所周知，这一概念在太阳和其他恒星以及核反应堆和武器中得以实现，其中某些原子核转变为质量较小的其他原子核，差异以能量的形式释放出来。

但我们也可以反过来解读E=mc2，即m=E/c2，这表明质量源于能量。而大部分质量确实如此！这一发现是现代物理学的一大胜利。

让我们详细分析一下。原子中以及普通物质中的几乎所有质量都是由原子核内的质子和中子提供的。质子和中子本身由称为夸克和胶子的粒子组成。但这些夸克和胶子自身的质量非常小：胶子的质量为零，相关的“上”和“下”夸克的质量仅占质子质量的约1%。那么其余的质量来自哪里呢？

在质子内部，其组成的夸克和胶子高速运动。这种运动意味着质子是一团动能束。根据质能方程E=mc²，正是这种运动能量提供了质子的质量。2。

我们如何确信这一惊人结论？夸克和胶子能以质子中子之外的其他模式活动。这些被称为介子和重子的运动模式大多不稳定，但数十种能存续足够时间供实验研究和"称重"——当然不是用浴室秤：这种"称重"需要监测介子重子衰变产物的质量与运动，再运用相对论公式进行累加。

在理论平行宇宙中，我们还有描述夸克胶子相互作用的精确数学理论——量子色动力学(QCD)，该理论已通过众多观测验证。虽然求解QCD方程极具挑战，但借助超级计算机的科学家们已取得突破。他们能识别包括质子中子在内的持续运动模式，并计算出每种模式蕴含的能量——进而通过E=mc²推算出质量。理论与观测的完美吻合巩固了我们的认知体系。2。

若你曾为体重烦恼，或许知道体重实为禁锢能量的体现能带来慰藉——也可能适得其反。遗憾的是，由于质子和中子内部的夸克胶子无法减速，它们的能量既不能禁绝也无法通过运动消耗。这里并不存在亚原子级的减肥秘方。

唯一实用的减重方法始终如一：你的质子和中子输出必须超过输入。显然，节食减少了输入。而运动通过加速燃烧燃料，增加了输出。祝你好运！

刊登于2023年1月28日印刷版，标题为《减重的亚原子指南》。