粒子能量、質量、電荷有什麼本質聯繫?

王乾

我不清楚題主為什麼會問這個問題。能量和質量聯繫來自於相對論的能量-動量-質量關係式,在相對論裡面,能量其實一個非相對論協變的物理量,它註定是要剔除出去,而質量——現代物理學尤其是高能物理的質量僅指的是靜止質量——以及電荷則作為相對論不變量,它們的背後分別存在著和兩種不同的守恆性。而守恆荷之間的聯繫,這個就難說了。一般來說,守恆荷之間可以通過更大的對稱性聯繫到一起。比如說能量守恆定律和動量守恆定律可以用四維時空平移對稱性聯繫到一起。但是質量和電荷卻不能

單純地聯繫到一起,這件事情可以用“愛因斯坦建立引力場-電磁場統一場論最終失敗這一事情”來詮釋。

如果要把質量、電荷以及色荷等所有涉及到基本相互作用的物理量都放到一塊,那麼就有一些聯繫了。這就是真正的統一理論(可能不是愛因斯坦所構想的場論)。按理說,質量和電荷都可以從這種理論裡面“推導出來”。我們且不說統一理論到底是什麼樣的,單說這種理論的特殊性。質量作為守恆荷,其實時空的一種對稱性體現;而電荷作為守恆荷,卻是另一種對稱性的體現,二者關係不是很大,所以二者並沒有什麼“本質聯繫”。

物理學的核心其實可以歸結為:對稱性。對稱性在很多情況下給物理學帶來的機遇遠遠超出其他原則所帶來的!因此,我相信對於題主的問題,用對稱性來考慮是很好的選擇。


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