מושג המסה מתקשר אצל רובנו למשקל ולכוח הכובד. אולם מהי מסה במובן עמוק יותר? כיצד התפתח מושג המסה מאז ימיו של ניוטון, דרך תורת היחסות ועד לתורת השדות הקוונטית ומנגנון ההיגס. ומה מספרת לנו תורת המיתרים על המסה?

המילה מסה מתקשרת אצלינו ישירות למשקל. ככל שמסתנו עולה משקלנו עולה ולכן אנחנו מקשרים את מושג המסה לכמות חומר. זוהי הגדרה פשטנית אך לא רעה בעבור גופים מאקרוסקופיים (נדון בהמשך בגופים מיקרוסקופיים, קרי חלקיקים יסודיים).

הקשר המדויק בין משקל למסה, הידוע כבר מימיו של ניוטון, הוא שמכפלת המסה במספר הנקרא ״תאוצת הכובד״ (גודל שמסומן באות g וערכו על פני כדור-הארץ הוא כ 9.81 מטר לחלק לשניה בריבוע) הוא משקל הגוף. ובאופן כללי יותר, על פי החוק השני של ניוטון F=ma, כאשר מכפילים את המסה בתאוצה מקבלים כוח. לפיכך המסה היא, באופן אינטואיטיבי, מתכונתית לשיעור הכוח הדרוש בכדי להשיג תאוצה מסויימת.

המסה מופיעה בפיזיקה הניוטונית בתפקיד נוסף: היא מייצרת שדה כבידה. מה פרוש הדבר? ניוטון גילה שכל שתי מסות נמשכות זה לזו, למשל אנו נמשכים אל עבר מרכז כדור-הארץ. הסיבה שגופים נופלים היא שכדור-הארץ יוצר בסביבתו כבידה.

אם כך למסה בפיזיקה הניוטונית שני היבטים, שונים לחלוטין: האחד הוא שהכוח לחלק למסה היא התאוצה, ולפיכך ככל שלגוף מסה גדולה יותר תהיה לו תאוצה קטנה יותר. ההיבט השני הוא יצירת כבידה וכן ״תחושת״ הכבידה. התפוח נופל אל עבר כדור-הארץ כי יש לו מסה והוא חש בכבידה שיוצר כדור-הארץ. 

אלברט איינשטיין הבחין בשני הבטים אלו כאשר הוא ניסח את ״עיקרון השקילות״ במסגרת תורת היחסות הכללית [1]. מאחר שאותה המסה הקשורה בכוחות ותאוצות היא המסה הקשורה לכבידה, אולי צריך לחשוב על כבידה באופן כללי כעל תאוצה. דרך חשיבה זו של איינשטיין הביאה אותו לנסח את הכבידה כתופעה המאפיינת את המרחב בו נעים גופים.

איינשטיין שינה את האופן בו אנו חושבים על מסה כאשר הוא רשם את המשוואה המפורסמת, אנרגיה שווה למסה כפול מהירות האור בריבוע  E = mc², שמשמעותה היא שמסה היא מדד לכמות האנרגיה שנושא גוף מסויים או חלקיק מסויים [2].  כאן המקום להדגיש את ההבדל בין המושג ״מסת מנוחה״ לבין המסה המופיעה במשוואה המפורסמת הקושרת אותה לאנרגיה. ״מסת המנוחה״ היא תכונה של חלקיק והיא אינה משתנה עם השינוי באנרגיה, למשל עקב תנועה. לפוטון מסת מנוחה אפס אולם הוא נושא אנרגיה ובמובן הזה יש לו מסה.

מעניין הוא שכאשר עוסקים בכבידה, המסה הרלוונטית איננה מסת המנוחה. לפיכך נכון יהיה לתקן את חוק הכבידה של ניוטון ולאמר ששני גופים הנושאים אנרגיה נמשכים זה לזה. בפרט הפוטון, שלו מסת מנוחה אפס, נמשך אל השמש מאחר שהפוטון נושא אנרגיה.

מושג המסה עבר מהפכה נוספת עם הולדת תורת הקוונטים ובעיקר עם התפתחות תורת השדות הקוונטית. כיום, לאחר גילוי המכניזם של אנגלרט בראוט והיגס אותו תארנו במאמר קודם [3], אנו יודעים שכל החלקיקים היסודיים בטבע ״נולדים״ עם מסת מנוחה אפס, אולם חלקם מקיימים פעולת גומלין עם שדה ההיגס וכך מתקבלת עבורם מסת מנוחה. 

ייתכן ומושג המסה יעבור מהפכה נוספת אם תאושש תורת המיתרים [4]. על-פי תורת המיתרים כל החלקיקים היסודיים בטבע נובעים מאופני התנודה של המיתר. החלקיקים בהם צפינו עד כה נולדים, כאמור, חסרי מסה. בנוסף אליהם, על פי תורת המיתרים, קיימים אינסוף חלקיקים שנולדים עם מסות ״גדולות״ בכפולות של מסה בסיסית הקרויה מסת פלאנק [5] שערכה הוא כארבע מיליארדיות הקילוגרם.

[1] תאוריית היחסות הפרטית

[2] סדרת הזמן

[3] יום גילוי ההיגס

[4] על תורת המיתרים

[5] מסת פלאנק