惯性质量与引力质量的联系

惯性质量与引力质量惯性质量与引力质量 摘要摘要 物理学中质量是最基本的量之一 它是物体所含有的物质多少的度量 又是惯性的度量 同时也是引力大小的度量 爱因斯坦又把它与能量和速度联系在一起 这样质量就承载了 物质性质的很多角色 本文主要研究惯性质量 引力质量和由它们的联系与区别引发出来 的一些问题 在实验中惯性质量与引力质量是一致的 但是 到目前为止 二者的等效性 并没有从逻辑上推理得到 而仅仅是从实验中得来的 关键词 关键词 惯性质量 引力质量 质能关系 等效原理 Abstract In physics mass is one of the most basic amounts It s the measurement of the amount of material the measurement of the inertial and the measurement of gravity Einstein put it in touch with energy and speed together So mass carry a lot of character of the properties of matter The main research of this paper are inertial mass gravitational mass and the question which are cause by the relation and difference of them In trials inertial mass and gravitational mass are consistent But up to now the equivalence of them hasn t been gotten by inference in logic Keyword Inertial mass Gravitational mass Mass energy relation Principle of equal effects 1 惯性质量惯性质量 牛顿在 原理 开篇所下的第三个定义是界定物质的固有的力 而在定义下面的说明中 把这种物质固有的力叫做 惯性 或 惯性力 并指出 这个的大小总是正比于物体的物 质的量 由此可见 物质的量是物质惯性大小的度量 用欧勒提出的观点直接度量出来的 实际上就是物质的惯性质量 也就是说惯性的大小等于物质的量 任何惯性的大小都可以 通过度量质量而得到确切值 质量的第二种定义就是惯性大小的度量 后来 这种用惯性 大小来定义的质量被成为惯性质量 牛顿第二定律给出了计算惯性质量的具体公式 牛顿 第二定律表达式为 F dp dt 当物体运动速度远远小于光速时 质量是一个与运动速度 无关的常量 因此可以得到 F m dv dt ma 其中 m 就是物体的惯性质量 即物体 惯性的度量 2 引力质量引力质量 引力是迄今为止认识的宇宙间的四种作用力之一 普遍存在于物体和物体之间 在宏 观低速运动范围内 服从牛顿的万有引力定律 在万有引力定律中 力的大小与本 身的质量 m 有关 比如 是由 N 个质量分别为 m1 m2 m3 mn的物体作用到 m 上 的引力 则力可以写成 1 其中为各物质的位置矢量 为物体 m 的位置矢量 这样质量 m 就能够决 定引力的大小 5 据此可以得出质量的第三种定义 质量是引力大小的度量 这种质量后 来被叫做引力质量 3 惯性质量与引力质量的联系与区别关惯性质量与引力质量的联系与区别关 惯性质量和引力质量是从物质两个不同力学性质中得出的质量 牛顿在后面的研究 中一直把这两种质量做等价假设 而通过实验证实 两者之间的误差在数量级以下 肯定了自牛顿以来人们对这两种质量所作的假设 当我们把 1 式代入牛顿第二定律中 可以得到 m 与 F 的关系 但事实上 此时我 们已经将引力质量看做惯性质量了 用 m1表示惯性质量 用表示响应引力质量 即 1 中的 m 1 中的 mi 表示物 体 i 对其他物体的引力作用的大小 这种意义的质量可以称为作用引力质量 用表示 伽利略证明了 对同一物体 而响应引力质量和作用引力质量的相等关 系可以由牛顿第三定律证明 那么对两个物体 1 和 2 就有 物体 2 对 1 的作用力为 物体 1 对 2 的作用力为 如果这两个力满足牛顿第三定律 即 就可以得到 即 这表明响应引力质量和作用引力质 量之比也是个常数 取定常数为 1 就可以得到 可见 从实验角度能够确认任何一个物体的惯性质量和引力质量是相等的 物理学中 把这种相等关系叫做弱等效原理 从某种角度说 我们可以把由于参考系的加速运动所形 成的引力场 与静止物体产生的引力场相类比 从而可以认为惯性质量和引力质量相等 即所谓的弱等效原理 爱因斯坦就是从这一等效原理出发 在 1916 年建立了广义相对论 他根据这一原理深入地研究里黎曼空间的性质和规律 得出了爱因斯坦方程 在广义相对 论中 只用一种质量来描述物体就可以了 也就是引起时空弯曲的原因是质量 引力不过 是在弯曲时空中的一种表现 从而引力质量和惯性质量本质的一致性就得到了解释 但是 科学的发展从来都不是一帆风顺的 相对论能够解释很多牛顿定律不能解释的 现象 但不能就此判定相对论完全正确 也许 两种质量本来就来自同一个源头 根本没 有必要区分 也有可能两种质量只是在我们的时空里偶然性的相等 在其他的多维空间里 就完全不同 这一切都要等待实验的进一步证实和理论的进一步完善 参考文献参考文献 1 汪世清 质量的概念与单位 物理学史 M 1995 2 肖明 质量概念的形成与演化 J 湖北教育学院学报 2001 18 2 3 胡素辉等 质量的概念的发展 近代物理学史研究 二 M 上海 复旦大