质子和中子的质量关系可以通过以下几个方面来理解：

1. 质子和中子的基本质量

• 质子的质量：约为 1.672621637(83) × 10⁻²⁷ kg 或 938 MeV/c²。
• 中子的质量：约为 1.674927471 × 10⁻²⁷ kg 或 939.565 MeV/c²。

可以看出，中子的质量略大于质子，大约相差 1.6 MeV/c²。

2. 质量差异的原因

质子和中子虽然都是核子，但它们的质量差异主要由其内部结构决定：

• 组成夸克的不同：

  • 质子由 2个上夸克（u）和1个下夸克（d） 组成。
  • 中子由 1个上夸克（u）和2个下夸克（d） 组成。
  • 上夸克的质量（约 2.3 MeV/c²）小于下夸克的质量（约 4.8 MeV/c²）。

  因此，中子由于含有更多的下夸克，整体质量略大于质子。

• 强相互作用的贡献： 质子和中子内部的强相互作用通过胶子传递，胶子虽然没有静止质量，但它们的运动状态会通过相对论效应（狭义相对论中的质能关系）对质子和中子的质量产生贡献。这种效应在中子和质子中是类似的，因此它们的质量差异主要由夸克质量差异决定。

3. 两者的质量数为何近似相等

尽管质子和中子的实际质量存在微小差异，但它们的质量数（原子质量单位中的质量）却非常接近。例如，在化学计算中，通常将质子和中子的质量数近似为1。这种近似的原因包括：

• 质子和中子都由3个夸克组成，且它们在强相互作用下的结合状态相似。
• 它们的质量差异（约1.6 MeV/c²）相对其整体质量（约938 MeV/c²）非常小，因此在很多情况下可以忽略不计。

4. 总结

• 质子的质量略小于中子，主要因为中子由更多的下夸克组成，而下夸克的质量大于上夸克。
• 尽管存在微小差异，但质子和中子的质量数在实际应用中通常近似相等，因为这种差异相对于其整体质量来说可以忽略不计。

这种理解不仅基于实验数据，还涉及粒子物理中关于夸克和强相互作用的深入理论。