质量在物理学中的发展

赵佳羿

摘 要：质量，这个物理学中一个十分基本的名词，也一直为人们所熟知。可也正是因为熟悉，而让大多人们都忽视了这一基本量纲。使许多人都未曾好奇过质量的发展，也未曾真正知晓质量到底是什么。本文就讨论了质量在物理学中的发展。

关键词：质量；物理；历史；哲学

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。因为这个词再基础不过了，就如同“1+1=2”般是一个很常识性的东西。然而，有些事物却正是因为我们对他们的熟悉，因为我们所谓的“常识”，而忽略了隐在其中的的问题；例如“1+1”为什么等于“2”？例如质量到底是什么？

质量到底是什么呢？在见到这么一个问题之前，我确也从未认真想过，只是在潜意识中默认了它的存在；只觉得质量不就是质量吗，便也从未问过它的定义是什么。然而，作为物理学中的七个基本量纲之一，质量可谓算得上是物理学的一大基石，也是认识是科学深度的标识。它在物理学中自然也有着非同一般的意义。

而在物理学的发展史上，质量到底是什么也一直为物理学家们所思考。

早期，人们在研究物体的惯性运动时，曾探讨过打破惯性运动时外来原因与运动变化的关系。伊壁鸠鲁认为：快慢现象的产生，取决于是否发生碰撞。把原子在虚空中的运动方向和速度的改变与作用力联系起来，这是一种定性的思辨性思想，已孕育着质量概念的产生。

伽利略在否定亚里士多德将速度与力相联系的错误观点后，首次提出了加速度的概念，从而把加速度与作用力直接联系起来。他指出作用力按物体运动速度的变化而成正比增加。

最早提出质量概念的是弗兰西斯·培根，在1620年出版的《新工具》一书中，把质量定义为“物体所含物质之量”，并提出“作用力依赖于质量”，从而把质量与作用力联系起来。

而后，牛顿把质量定义为物体所含物质的多少，并在《自然哲学之数学原理》中引入质量的概念，定义“物质的量是运动的度量，可有其密度和体积共同求出。”他也在此基础上建立了牛顿三大定律，开创了经典力学。

这时的质量包括两类：惯性质量和引力质量。

牛顿在《自然哲学之数学原理》中引入了惯性质量的概念：“物质固有的力，是每个物体按其一定的量而存在于其中的一种抵抗能力，在这种力的作用下物体保持其原来静止状态或者匀速直线运动状态。” 在解释时，牛顿指出： “这种力总是同具有这种力的物质的量成正比的。” 牛顿首先把惯性质量的概念引入物理学。

那么引力质量又是是什么呢？根据牛顿的万有引力定律，凡是具有质量的物体都能够在空间中激发引力场，激发的引力场的强度和物体的质量成正比；同时也能够在引力场中受到引力的作用，而且在同一强度的引力场作用下，物体所收到的引力同物体本身的质量成正比。而这个质量就是引力质量。

很明显，定义惯性质量和引力质量的都是采用物体所受到的作用力同质量成正比的途径。而那是，在物理学中质量也正有着：物体本身固有的惯性所反映的量同作用力的关系，质量是量度物体包含物质多少这两种含义。并且两种含义在当时是不用区分的，两种含义是等效的。

在19世纪，质量好像拥有了自己明确的定义，一切都仿佛要明朗起来了。但好景不长，随着相对论诞生这两种含义的等效被打破了。

这种分歧来自于质量的哲学观念。

物体本身固有的惯性所反映的量同作用力的关系，只要具有这样特征的关系，那么质量的含义就可以看作不变的。对于质量的这种定义，相对论系统无疑是满足这样的条件的。

物体包含物质多少，而对于质量的这个定义，无疑是不能满足相对论系统。在物体的高速状态和物体的低速状态，物体的质是不同的。接近光速状态的一个电子，其质量等于数倍的低速状态电子的质量，而它们都是一个电子。

质量观念的这种不同来自于力学系统的数量关系中质的不同。

对质量进行定义的形式是力学的形式，满足单纯的数与量的形式则不能满足质与量之间的关系。相对论系统虽然可以很好的解决经典的牛顿力学对物质运动模式的普适性，但是，却无法回避力学基本定义系统中的质与量之间的矛盾。物理最基本概念的定义和力学的形式则会进入到两难的局面。要么维护力学的形式，变异物理基本概念的内涵，要么维护物理基本概念的内涵，改变力学的关系。

我们不能说这两个定义的哪一种标准是真理，而只能说采用哪一种定义的标准对于描述物质的运动变化更为合理！从方法论上我们不能找到真理的标准，对所有物质运动变化的描述，只在于哪一种描述更为合理，更符合作为物质运动变化的描述系统。方法上的选择不仅需要物理的逻辑，还需要方法上的选择。

那我们又该如何选择呢？这仍是我们现今所面临的问题。

让我们回首，再看质量这一被许多人所忽略的物理名词在物理学中的发展过程；看质量的定义中蕴含着的那物理中奥妙的本质。可见往往那些最容易忽略的基本问题，往往也是最深刻的，最重要，最有意义的。

参考文献

[1]曹则贤 质量与质量的起源 [J]《物理》杂志. 第37卷（2008年） 第五期

[]漆安慎 杜婵英 《力学》（第三版） [M] 高等教育出版社 2012