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质量及其起源 什么是质量? 惯性质量和引力质量是一回事吗? 3.质量守恒吗? 4.质量的起源---我们从哪里来? 部分内容摘自: 曹则贤,质量与质量的起源《物理》37卷,355页(2008)1.什么是质量? 质量是物体所含物质多少的量度(物理学名词字典)。 按Newton第二定律:f=ma,“质量是把施加在物体上的力和所引起的加速度联系起来的一种特性。”(Halliday第六版) ---没有质量的物体不知道怎样运动! 在一般教科书中它定义为:物体运动惯性的量度,或称惯性质量。是通过动力学测量的。 按Newton的万有引力定律:f=Gm1m2/r2,质量是物体引力大小的量度,称为引力质量。是通过静力学测量的。按Newton的描述:质量(物质的量)为物质的密度乘上其体积。 这个说法看上去也许太简单了,但其实大有深意: (1)它指明物质在量上的区别在于其致密度(density); (2)物质的量是体积那样的广延量,即质量具有可加性。 质量相加性在一些文献(如诺奖得主Wilczek)中,被誉为牛顿第零定律。以上是经典物理学对质量的描写。 Einstein用能量来描写质量---质能关系 Einstein的质能公式E=mc2可以写成: m=E/c2, 后者表示可以用能量来解释质量。 事实上Einstein一开始就知道这一点,他在1905年的论文所用的题目是:“物体的惯性是否依赖于其所含的能量?”,并导出了m=E/c2而非E=mc2。 Einstein考虑的是基本物理学而非原子弹。2.引力质量和惯性质量---相对论等价原理 惯性质量和引力质量是一回事吗? 当惯性质量和引力质量成正比时,我们总可以选取它们的量度标准,使二者相等。但物体的引力质量是不是就是它的惯性质量呢?或者说,惯性是否就是引力的源泉呢? 当然不是。惯性是物体抵抗外力改变其机械运动状态的本领,引力的源泉是物体产生引力场的本领,它们是物体两种完全不同的属性。 Einstein曾以地球和石头间的引力为例,来说明引力和惯性是两种完全不同的物理属性。他说:“地球以重力吸引石头而对其惯性质量毫无所知.地球的‘召唤’力与引力质量有关,而石头所‘回答’的运动则与惯性质量有关。”既然惯性和引力是两种不同的属性,而它们之间却存在严格的正比关系,是否它们是物体同一本质在不同方面的表现呢? 回答是肯定的。广义相对论指出,物体的惯性和引力性质产生于同一来源。在广义相对论中,有一些参量一方面表现为物体的惯性,另一方面又自然而然地表现为引力场的源泉。3.质量守恒吗? 经典力学里关于运动的第零定律是质量守恒! (由于它过于基本所以牛顿没有明确指出!) 物体的质量被认为是独立于它的速度和任何施加于它的外力的,总质量既不产生也不消灭,只是在物体相互作用的时候重新分配! (如今我们知道这种说法并不十分正确!)4.质量的起源---我们从哪里来? 物质的质量来自原子,原子质量主要来自核子(质子和中子),核子由夸克和胶子组成。而由夸克组成的基本粒子可以有不同的质量。等待LHC(大型强子对撞机)寻找到HiggsBosonHiggs玻色子被认为会出现在宇宙大爆炸之初,以后会瞬间消亡。但我们仍未在宇宙中找到它。 LHC最近很快就会运行,寻找Higgs玻色子是其研究目的之一。但是要得到确切结果,可能须等待几年。因为LHC会产生海量数据,达每年15PB(即1500万GB)。这种规模的数据分析不能在个人电脑上运行。CERN正在开发将世界各地的主要计算中心连接起来的计算网格。Thankyou!