1广义相对论系列论文3篇之1大32开版

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量定义为重力大小的量度，从而就把重量概念和质量概念混为一 谈了．在意大利物理学家、天文学家、数学家、科学革命家、近 代科学之父伽利略(Galileo Galilei， 公元 1564.2.15～1642.1.8)， 法 国哲学家、数学家、物理学家、生理学家、解析几何的创始人笛 卡儿（René Descartes，公元 1596.3.31～1650.2.11） ，德国自然科
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子的数目表达的质量概念叫做粒子物质质量． 也有人反对粒子物质质量说： ①既然要通过物质结构的层次来理解质量，那么就应该考虑 到，物质结构的层次并不终止于质子、中子和电子．并且，物体 内部包含的质子、中子和电子在组成原子前后，其数目虽然没有 变化，但是质量却不相同． ②无法规定粒子物质质量的能够实施的量度办法． 所以粒子物质质量的概念应该淘汰． 3 惯性质量和引力质量 3.1 惯性质量 惯性是描述物体保持原有运动状态不变的趋势的性质的物理 量；质量是描述物体包含物质多少的物理量．因此，惯性和质量 并非同一概念．但是惯性和质量却有着紧密的联系．例如，据牛 顿第二运动定律可知，在常力 F 的作用下，惯性大小 I 和质量大 小 m 严格地成正比． 换句话说， 质量增加一倍， 惯性就增加一倍． 因 此，在描述物质的多少上，惯性和质量是完全相同的．于是有些 人就把质量定义为惯性大小的量度， 并叫做惯性质量， 记做 mi ． 这 样就把惯性概念和质量概念混为一谈了． 然而，惯性和质量也有着严格的区别，即对于一个确定量的 物体，惯性与所受外力成反比，若所受外力增大一倍，则惯性就 缩小一半；而质量却与所受的外力无关．因此，在物体所受外力 不同时，就无法用惯性准确地表示物质的多少了．这就是说，惯 性质量的概念是错误的．惯性质量的错误与体积质量、重力质量 的错误完全相同，不知道批判牛顿的物质质量概念的科学家们为 什么不接受体积质量、重力质量错误的教训而重蹈其覆辙呢？ 惯性质量的根本错误是改变了牛顿第二运动定律的性质．例
学家、数学家、哲学家莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz，公
元 1646.7.1～1716.11.14）等大家的著作中，重量和质量这两个术 语就可以互换使用．所以，我们把这种质量概念叫做重力质量． 由于重力的大小与密度无关，所以重力质量能够描述非同种 物质或密度不同的同种物质的多少，故重力质量就取代体积质量 而被人们使用了． 然而，重量和质量也有着严格的区别，即对于一个确定量的 物体，重量在地球的不同纬度、不同高度和不同地质结构处并不 相同；而质量却与地球的位置无关．因此，在地球的不同处，就 无法用重量准确地表示物质的多少了．这就是说，重力质量的概 念是错误的．所以重力质量也就随着人们对于客观世界认识的深 入而被淘汰了． 但是，人们实践活动的经验反复证明，在地球的任一确定地 点，重量和质量仍然相当精确地成正比，只不过是在地球的不同 地点，其正比系数不同罢了．我们把这一事实叫做质重正比原 理．尽管重力质量概念被淘汰，但人们利用质重正比原理测量质 量的方法一直沿用到今天，并且在有些场合下，人们至今仍在使 用重力质量．例如，自由市场上的小贩儿，仍用弹簧秤称量货物． 2 物质质量的三种表述 2.1 一般表述 最早认识到重量随着地球位置的不同而变化，从而区别于质 量这一客观事实的是敏锐的荷兰物理学家、数学家、天文学家惠
人们经过长期的实践活动， 在自己的头脑中逐渐地形成了 “物 质”的概念．于是人们就把独立于人类意识之外、而又能够被人 类感知的客观存在的一切定义为物质． 最初，人们通过肉眼的观察，肉手的触摸，首先认识了由分 子或原子或质子、中子、电子等粒子组成的，有机械性质的，看 得见、摸得着的，实实在在的一般物质，所以就把这种一般物质 叫做实物质，简称为物质或物．表示物质（实物质）多少的物理 量叫做物质之量，简称为物量，俗称为质量，记做 m．为了突出 物量或质量是表示物质多少的概念，质量又叫做物质质量． 为了研究问题方便，把具有一定形状、体态的实物质叫做实
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引力质量的根本错误是改变了牛顿万有引力定律的性质．例 如，定义引力质量的人们认为：牛顿万有引力定律 F K
Mm 中 r2
的质量 m 是引力质量，是引力大小的量度．但是，牛顿在发现牛
Mm 时，把其中的质量 m 确定为物质多少 r2 Mm 的量度而不是确定为引力大小的量度.因此把 F K 2 中描述物 r Mm 质多少的质量 m 改为引力大小的量度后，就改变了 F K 2 中 r Mm 的 m 原来的含义，从而改变了牛顿万有引力定律 F K 2 原来 r Mm 的性质．因此就使得牛顿万有引力定律 F K 2 变成一条新的 r
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点的产物．牛顿认为物质都是由完全相同的、不可分割的基本粒 子——原子构成的．所谓密度，就是物体单位体积中所包含的这 种绝对原子的数目；而所谓质量，就是整个物体所包含的这种绝 对原子的数目．所以牛顿认为，测量物体的质量，实质上就是测 量物体内部原子的数目．在描述摆在媒质中的振动时，牛顿就曾 明确写道： “作用于物体内部粒子上的阻力，是和物质之量、即受 阻力的粒子的数目成正比的． ”可见，牛顿的质量定义本身的逻辑 关系是清楚的，并未陷入循环的迷宫． 这样，为了方便起见，有些人就把用原子的数目表达的质量 概念叫做原子物质质量． 也有人反对原子物质质量说： ①原子还可以分为质子、中子和电子，而不同种物质的原子 内部，包含的质子、中子和电子的数目是不同的．因此，对于同 种物质，还可以通过比较原子的数目比较质量的大小，而对于不 同种物质， 用原子数目表达物质质量就失去意义而成为错误的了． ②凡是定义一个物理量，必须相应地规定它的能够实施的量 度办法．但迄今为止，任何人都无法通过测定物体内部原子的数 目来确定物体的质量． 上述分析确有道理，所以原子物质质量应该淘汰． 2.3 粒子表述 也有人不同意批判用原子数目表达的物质质量，这些人辩解 说：应该用发展的眼光看待一种学说．不同种的原子中虽然包含 的质子、中子和电子的数目不同，但是所包含的质子、中子和电 子的内部结构是相同的，所以可以把物质质量理解为物体内部包 含的质子、中子和电子数目的多少． 为了方便起见，有些人就把用质子、中子、电子这些基本粒
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更斯（Christian Huygens，公元 1629.4.14～1695.7.8） ．他为了纠 正重力质量的错误，于公元第 1673 年把物质实质的量定义为质 量．为了进一步解释物质实质的量，英国物理学家、数学家、哲 学家牛顿（Isaac Newton，公元 1642.12.25～1727.3.20） ，在自己 的名著《自然哲学的数学原理》中又给质量下了一个更加明确的 定义： “物质的量是用它的密度和体积一起来量度的．所以，空气 的密度加倍，体积也加倍，它的量就增为原来的 4 倍；„我在之 后不论何处称之为‘物体’或‘质量’的，就是指这个量而言． ” 从上述定义知，质量是表示一般实际物质多少的物理量，故 把这种质量概念叫做一般物质质量．据此定义，物体确定后，物 体所含物质的多少就确定下来，它不随体积的变化而变化，也不 随重量的变化而变化，更不随参照系的变化而变化．因此，牛顿 认为：确定的物体的质量是绝对的．后来，人们把牛顿的这一看 法叫做绝对质量观，把这一结论叫做质量绝对性原理． 物质质量的表述，虽然表达出“物质实质的量”的本质，但 是仍然引起了至今未停的争论．首先是奥地利哲学家、物理学家 马赫（Ernst Mach，公元 1838.2.18～1916.2.19）对牛顿的解释提 出了异议． 他在公元第 1883 年出版的名著 《力学科学》 中说： “牛 顿所给出的质量概念的表述为，质量是物体的物质之量，而物质 之量又是由物体的体积和密度的乘积决定的，这是不妥的．我们 只能把密度定义为单位体积内的质量．因而很明显，在这里形成 了一个迷宫.” 由此看来，牛顿对惠更斯的质量概念的解释确实陷入逻辑上 的循环论证中，所以应该淘汰循环论证的内容． 2.2 原子表述 也有人反对马赫说：牛顿的质量 在被物体 m 吸引的物体 M 确定 r2 以后，物体 m 对 M 产生的引力的大小 F 和物体 m 的质量 m 严 格地成正比．换句话说，质量 m 增加一倍，产生的引力大小 F 就
顿万有引力定律 F K 增加一倍．因此，在描述物质的多少上，引力大小和质量大小是 完全相同的．于是，有些人就把物体 m 的质量定义为物体 m 对物 体 M 产生引力大小的量度，并叫做引力质量，记做 mg．这样就 把引力概念和质量概念混为一谈了． 然而，引力和质量也有着严格的区别，即对于一个确定量的 物体 m， 它对物体 M 产生的引力大小 F 与物体 M 的质量 M 成正 比，若物体 M 的质量 M 增大一倍，则 F 就增大一倍；而 m 的质 量 m 却与 M 无关．因此，在被吸引的物体 M 不确定时，就无 法用引力准确地表示物质的多少了．这就是说，引力质量的概念 是错误的．引力质量的错误与体积质量、重力质量的错误完全相 同，不知道批判牛顿的物质质量概念的科学家们为什么不接受体 积质量、重力质量错误的教训而重蹈其覆辙呢？
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如，定义惯性质量的人们认为：牛顿第二运动定律 Fma 中的质 量 m 是惯性质量，是惯性大小的量度．但是，牛顿在发现牛顿第 二运动定律 Fma 时， 把其中的质量 m 确定为物质多少的量度而 不是确定为惯性大小的量度．因此把 Fma 中描述物质多少的质 量 m 改为惯性大小的量度以后，就改变了 Fma 中的 m 原来的 含义，从而改变了牛顿第二运动定律 Fma 原来的性质．因此就 使得牛顿第二运动定律 Fma 变成一条新的定律了． 3.2 引力质量 引力是描述物体对其他物体产生吸引作用的大小和方向的物 理量；质量是描述物体包含物质多少的物理量．因此，引力和质 量并非同一概念．但是引力和质量却有着紧密的联系，即根据牛
质量概念新剖析
——广义相对论系列论文 3 篇之 1 师教民 1,2
（1.石家庄广播电视大学 科学技术部，河北 石家庄 050081； 2.石家庄经济学院 信息工程学院，河北 石家庄 050031）
摘 要：论证了物质的体积质量、重力质量、惯性 质量、引力质量的不合理性；把表示物质多少的物理量 定义为物质之量，简称为物量，俗称为质量；将质量概 念和惯性概念、引力概念严格地区分开来． 关键词：体积质量；重力质量；物质质量，惯性质 量；引力质量；质量 中图分类号 ：O 313.1；O 412.1 文献标识码：A