質(zhì)量在物理學(xué)中的發(fā)展

趙佳羿

摘 要：質(zhì)量，這個(gè)物理學(xué)中一個(gè)十分基本的名詞，也一直為人們所熟知。可也正是因?yàn)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(zhì)量的發(fā)展，也未曾真正知曉質(zhì)量到底是什么。本文就討論了質(zhì)量在物理學(xué)中的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量；物理；歷史；哲學(xué)

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(zhì)量，想必大家都十分的熟悉。因?yàn)檫@個(gè)詞再基礎(chǔ)不過了，就如同“1+1=2”般是一個(gè)很常識(shí)性的東西。然而，有些事物卻正是因?yàn)槲覀儗?duì)他們的熟悉，因?yàn)槲覀兯^的“常識(shí)”，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(zhì)量到底是什么？

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

而在物理學(xué)的發(fā)展史上，質(zhì)量到底是什么也一直為物理學(xué)家們所思考。

早期，人們?cè)谘芯课矬w的慣性運(yùn)動(dòng)時(shí)，曾探討過打破慣性運(yùn)動(dòng)時(shí)外來原因與運(yùn)動(dòng)變化的關(guān)系。伊壁鳩魯認(rèn)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(yùn)動(dòng)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(zhì)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(cuò)誤觀點(diǎn)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(yùn)動(dòng)速度的變化而成正比增加。

最早提出質(zhì)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(zhì)量定義為“物體所含物質(zhì)之量”，并提出“作用力依賴于質(zhì)量”，從而把質(zhì)量與作用力聯(lián)系起來。

而后，牛頓把質(zhì)量定義為物體所含物質(zhì)的多少，并在《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》中引入質(zhì)量的概念，定義“物質(zhì)的量是運(yùn)動(dòng)的度量，可有其密度和體積共同求出。”他也在此基礎(chǔ)上建立了牛頓三大定律，開創(chuàng)了經(jīng)典力學(xué)。

這時(shí)的質(zhì)量包括兩類：慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量。

牛頓在《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》中引入了慣性質(zhì)量的概念：“物質(zhì)固有的力，是每個(gè)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?fàn)顟B(tài)或者勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。” 在解釋時(shí)，牛頓指出： “這種力總是同具有這種力的物質(zhì)的量成正比的。” 牛頓首先把慣性質(zhì)量的概念引入物理學(xué)。

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

很明顯，定義慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量的都是采用物體所受到的作用力同質(zhì)量成正比的途徑。而那是，在物理學(xué)中質(zhì)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(guān)系，質(zhì)量是量度物體包含物質(zhì)多少這兩種含義。并且兩種含義在當(dāng)時(shí)是不用區(qū)分的，兩種含義是等效的。

在19世紀(jì)，質(zhì)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(zhǎng)，隨著相對(duì)論誕生這兩種含義的等效被打破了。

這種分歧來自于質(zhì)量的哲學(xué)觀念。

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

物體包含物質(zhì)多少，而對(duì)于質(zhì)量的這個(gè)定義，無疑是不能滿足相對(duì)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(zhì)是不同的。接近光速狀態(tài)的一個(gè)電子，其質(zhì)量等于數(shù)倍的低速狀態(tài)電子的質(zhì)量，而它們都是一個(gè)電子。

質(zhì)量觀念的這種不同來自于力學(xué)系統(tǒng)的數(shù)量關(guān)系中質(zhì)的不同。

對(duì)質(zhì)量進(jìn)行定義的形式是力學(xué)的形式，滿足單純的數(shù)與量的形式則不能滿足質(zhì)與量之間的關(guān)系。相對(duì)論系統(tǒng)雖然可以很好的解決經(jīng)典的牛頓力學(xué)對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)模式的普適性，但是，卻無法回避力學(xué)基本定義系統(tǒng)中的質(zhì)與量之間的矛盾。物理最基本概念的定義和力學(xué)的形式則會(huì)進(jìn)入到兩難的局面。要么維護(hù)力學(xué)的形式，變異物理基本概念的內(nèi)涵，要么維護(hù)物理基本概念的內(nèi)涵，改變力學(xué)的關(guān)系。

我們不能說這兩個(gè)定義的哪一種標(biāo)準(zhǔn)是真理，而只能說采用哪一種定義的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于描述物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)變化更為合理！從方法論上我們不能找到真理的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化的描述，只在于哪一種描述更為合理，更符合作為物質(zhì)運(yùn)動(dòng)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(zhì)量這一被許多人所忽略的物理名詞在物理學(xué)中的發(fā)展過程；看質(zhì)量的定義中蘊(yùn)含著的那物理中奧妙的本質(zhì)。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(xiàn)

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