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宏观的质量

2019年5月24日  来源:scottcgi 作者: 提供人:chengpan27......

首先,牛顿提出了牛顿第二定律,并定义了惯性质量——就是物体改变运动状态的难易程度的度量。也就是说,质量越大越难以改变运动状态,质量越小越容易改变运动状态。(后来发现运动状态可由动量变化替换)

接着,牛顿发现了万有引力,于是就有了引力质量——就是物体互相之间吸引力大小的度量。也就是说,质量越大吸引力越大,质量越小吸引力越小。这种吸引力可以体现在重力上,即产生重力加速度,也就是通常在地球上测量出来的重量大小。(后来发现引力由引力场产生,引力质量产生引力场)

我们可以看到,惯性质量需要通过加速度和力(或动量变化)才能测得,在坐标系相对静止的物体就没法测出惯性质量。而引力质量是物体自身的原因,就算静止也可以测得引力质量。

然而,通过实验发现,引力质量惯性质量严格成正比例关系。

于是爱因斯坦提出了等效原理——就是引力质量可以等效于惯性质量。也就是说,在局部坐标系,引力质量的重力加速度可以等效于惯性质量加速度,即引力(距离远近不均匀)等效于惯性力(局部均匀)——局部引力的不均匀可以近似均匀。

接着,强等效原理指出——局部均匀的惯性力合起来,可以等效于不均匀的引力。也就说,相对于静止观察者的,多个局部加速参考系(即非惯性系)合起来,可以等效于全域引力时空。这也是,相对于加速观察者的,多个局部惯性系(无加速)合起来(应用狭相),可以等效于全域引力时空(应用广相)。

这说明了引力质量惯性质量,是同一个本质原因,所产生的不同角度的宏观表现。

再后来,爱因斯坦在等效原理之上,构建了的广义相对论——其核心就是时空决定物质如何运动,物质决定时空如何弯曲。也就是说,时间和空间不可分割的组成了时空,时空的弯曲形成了引力场,产生吸引力。而引力质量越大时空弯曲越厉害,形成的引力场就越强,吸引力也就越大。最后,引力决定了宏观物质的运动。

由此可见,引力质量——就变成了时空弯曲程度的度量,那么等效的惯性质量,也就会有时空弯曲效应,即:加速运动导致时空弯曲,形成引力场,产生吸引力——但根据强等效原理,加速远离的时候,等效的局部引力场是衰减的,同理加速靠近的时候,等效的局部引力场是增强的,这就体现出了全局引力场在距离远近上的不均匀。

那么,从宏观抽象的角度来看,质量——是物质状态的一种度量。而如果认可了,时间和空间都依附于物质的变化,并构成了紧密联系不可分割的时空。那么,物质与时空也就是不可分割的整体,不会存在没有物质的时空,或是没有时空的物质。

因此,物质的变化,就必然会同时体现在,质量和时空之上。也就是说,质量刻画了物质状态的一个侧面,时空刻画了物质状态的另一个侧面,而两者刻画的是同一个物质本质。

那么,从这个角度来看,质量变化,是物质变化,其关联的时空就会变化,而这种变化的效果之一——就是引力场的变化,即引力变化。所以,时空变化(即数学模型上的弯曲)是等效于质量变化所产生的引力效应的。

可见,说是引力质量产生了引力场,还是时空弯曲产生了引力场,是没有区别的——其背后都是同一个物质的变化。同理可以想象,引力质量等效惯性质量——是因为物质加速度改变了其物质本身的状态,从而才体现出了两者等价的质量效应

至此,我们可以确认,质量是物质状态的一种度量,显然如果想要搞清楚质量的本质,我们就需要搞清楚——物质是什么?

质量 / 物质 / 微观粒子 / 微观质量 / 希格斯机制 / 光子 / 能量 / 相对质量 / 引力 / 希格斯-玻色子

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