質量在物理學中的發(fā)展

趙佳羿

摘 要：質量，這個物理學中一個十分基本的名詞，也一直為人們所熟知?？梢舱且驗槭煜ぃ尨蠖嗳藗兌己鲆暳诉@一基本量綱。使許多人都未曾好奇過質量的發(fā)展，也未曾真正知曉質量到底是什么。本文就討論了質量在物理學中的發(fā)展。

關鍵詞：質量；物理；歷史；哲學

The development of mass in Physics

Abstract：The mass， the physics of a very basic term， has also been known by people. But it is also because familiar with and let most of people ignore one of the fundamental dimensions. Many people have wondered how the mass of development， did not really know what mass is. This paper discusses the mass in the development of physics.

Key words：Mass；Physics；History；Philosophy

一提及質量，想必大家都十分的熟悉。因為這個詞再基礎不過了，就如同“1+1=2”般是一個很常識性的東西。然而，有些事物卻正是因為我們對他們的熟悉，因為我們所謂的“常識”，而忽略了隱在其中的的問題；例如“1+1”為什么等于“2”？例如質量到底是什么？

質量到底是什么呢？在見到這么一個問題之前，我確也從未認真想過，只是在潛意識中默認了它的存在；只覺得質量不就是質量嗎，便也從未問過它的定義是什么。然而，作為物理學中的七個基本量綱之一，質量可謂算得上是物理學的一大基石，也是認識是科學深度的標識。它在物理學中自然也有著非同一般的意義。

而在物理學的發(fā)展史上，質量到底是什么也一直為物理學家們所思考。

早期，人們在研究物體的慣性運動時，曾探討過打破慣性運動時外來原因與運動變化的關系。伊壁鳩魯認為：快慢現(xiàn)象的產(chǎn)生，取決于是否發(fā)生碰撞。把原子在虛空中的運動方向和速度的改變與作用力聯(lián)系起來，這是一種定性的思辨性思想，已孕育著質量概念的產(chǎn)生。

伽利略在否定亞里士多德將速度與力相聯(lián)系的錯誤觀點后，首次提出了加速度的概念，從而把加速度與作用力直接聯(lián)系起來。他指出作用力按物體運動速度的變化而成正比增加。

最早提出質量概念的是弗蘭西斯·培根，在1620年出版的《新工具》一書中，把質量定義為“物體所含物質之量”，并提出“作用力依賴于質量”，從而把質量與作用力聯(lián)系起來。

而后，牛頓把質量定義為物體所含物質的多少，并在《自然哲學之數(shù)學原理》中引入質量的概念，定義“物質的量是運動的度量，可有其密度和體積共同求出。”他也在此基礎上建立了牛頓三大定律，開創(chuàng)了經(jīng)典力學。

這時的質量包括兩類：慣性質量和引力質量。

牛頓在《自然哲學之數(shù)學原理》中引入了慣性質量的概念：“物質固有的力，是每個物體按其一定的量而存在于其中的一種抵抗能力，在這種力的作用下物體保持其原來靜止狀態(tài)或者勻速直線運動狀態(tài)?！?在解釋時，牛頓指出： “這種力總是同具有這種力的物質的量成正比的。” 牛頓首先把慣性質量的概念引入物理學。

那么引力質量又是是什么呢？根據(jù)牛頓的萬有引力定律，凡是具有質量的物體都能夠在空間中激發(fā)引力場，激發(fā)的引力場的強度和物體的質量成正比；同時也能夠在引力場中受到引力的作用，而且在同一強度的引力場作用下，物體所收到的引力同物體本身的質量成正比。而這個質量就是引力質量。

很明顯，定義慣性質量和引力質量的都是采用物體所受到的作用力同質量成正比的途徑。而那是，在物理學中質量也正有著：物體本身固有的慣性所反映的量同作用力的關系，質量是量度物體包含物質多少這兩種含義。并且兩種含義在當時是不用區(qū)分的，兩種含義是等效的。

在19世紀，質量好像擁有了自己明確的定義，一切都仿佛要明朗起來了。但好景不長，隨著相對論誕生這兩種含義的等效被打破了。

這種分歧來自于質量的哲學觀念。

物體本身固有的慣性所反映的量同作用力的關系，只要具有這樣特征的關系，那么質量的含義就可以看作不變的。對于質量的這種定義，相對論系統(tǒng)無疑是滿足這樣的條件的。

物體包含物質多少，而對于質量的這個定義，無疑是不能滿足相對論系統(tǒng)。在物體的高速狀態(tài)和物體的低速狀態(tài)，物體的質是不同的。接近光速狀態(tài)的一個電子，其質量等于數(shù)倍的低速狀態(tài)電子的質量，而它們都是一個電子。

質量觀念的這種不同來自于力學系統(tǒng)的數(shù)量關系中質的不同。

對質量進行定義的形式是力學的形式，滿足單純的數(shù)與量的形式則不能滿足質與量之間的關系。相對論系統(tǒng)雖然可以很好的解決經(jīng)典的牛頓力學對物質運動模式的普適性，但是，卻無法回避力學基本定義系統(tǒng)中的質與量之間的矛盾。物理最基本概念的定義和力學的形式則會進入到兩難的局面。要么維護力學的形式，變異物理基本概念的內涵，要么維護物理基本概念的內涵，改變力學的關系。

我們不能說這兩個定義的哪一種標準是真理，而只能說采用哪一種定義的標準對于描述物質的運動變化更為合理！從方法論上我們不能找到真理的標準，對所有物質運動變化的描述，只在于哪一種描述更為合理，更符合作為物質運動變化的描述系統(tǒng)。方法上的選擇不僅需要物理的邏輯，還需要方法上的選擇。

那我們又該如何選擇呢？這仍是我們現(xiàn)今所面臨的問題。

讓我們回首，再看質量這一被許多人所忽略的物理名詞在物理學中的發(fā)展過程；看質量的定義中蘊含著的那物理中奧妙的本質。可見往往那些最容易忽略的基本問題，往往也是最深刻的，最重要，最有意義的。

參考文獻

[1]曹則賢 質量與質量的起源 [J]《物理》雜志. 第37卷（2008年） 第五期

[]漆安慎 杜嬋英 《力學》（第三版） [M] 高等教育出版社 2012