亞原子減肥指南 - 《華爾街日報》

插圖：托馬斯·瓦倫塔諾貝爾物理學獎得主弗蘭克·維爾切克探索宇宙奧秘。閲讀往期專欄請點擊此處。

隨着新年的到來，許多人決心減掉一些體重。他們常常會問：這些體重都是從哪裏來的？答案如下。

阿爾伯特·愛因斯坦的E=mc2是物理學中最著名的方程。它表明能量（E）等於質量（m）乘以光速的平方（c2）。因此，質量可以轉化為能量。眾所周知，這一概念在太陽和其他恆星以及核反應堆和武器中得以實現，其中某些原子核轉變為質量較小的其他原子核，差異以能量的形式釋放出來。

但我們也可以反過來解讀E=mc2，即m=E/c2，這表明質量源於能量。而大部分質量確實如此！這一發現是現代物理學的一大勝利。

讓我們詳細分析一下。原子中以及普通物質中的幾乎所有質量都是由原子核內的質子和中子提供的。質子和中子本身由稱為夸克和膠子的粒子組成。但這些夸克和膠子自身的質量非常小：膠子的質量為零，相關的“上”和“下”夸克的質量僅佔質子質量的約1%。那麼其餘的質量來自哪裏呢？

在質子內部，其組成的夸克和膠子高速運動。這種運動意味着質子是一團動能束。根據質能方程E=mc²，正是這種運動能量提供了質子的質量。2。

我們如何確信這一驚人結論？夸克和膠子能以質子中子之外的其他模式活動。這些被稱為介子和重子的運動模式大多不穩定，但數十種能存續足夠時間供實驗研究和"稱重"——當然不是用浴室秤：這種"稱重"需要監測介子重子衰變產物的質量與運動，再運用相對論公式進行累加。

在理論平行宇宙中，我們還有描述夸克膠子相互作用的精確數學理論——量子色動力學(QCD)，該理論已通過眾多觀測驗證。雖然求解QCD方程極具挑戰，但藉助超級計算機的科學家們已取得突破。他們能識別包括質子中子在內的持續運動模式，並計算出每種模式藴含的能量——進而通過E=mc²推算出質量。理論與觀測的完美吻合鞏固了我們的認知體系。2。

若你曾為體重煩惱，或許知道體重實為禁錮能量的體現能帶來慰藉——也可能適得其反。遺憾的是，由於質子和中子內部的夸克膠子無法減速，它們的能量既不能禁絕也無法通過運動消耗。這裏並不存在亞原子級的減肥秘方。

唯一實用的減重方法始終如一：你的質子和中子輸出必須超過輸入。顯然，節食減少了輸入。而運動通過加速燃燒燃料，增加了輸出。祝你好運！

刊登於2023年1月28日印刷版，標題為《減重的亞原子指南》。