一個(gè)誤區(qū)這里要先澄清一個(gè)誤區(qū)，那就是不要混淆“質(zhì)量”和“重量”，因?yàn)橘|(zhì)量和重量不是一回事，它們只是有正相關(guān)關(guān)系而已。其次，要體現(xiàn)出重量的前提是有引力，那誰吸引地球把地球往下拉呢？其實(shí)，我們想象一下太空飛船中的宇航員就懂了，他們就是有質(zhì)量，但因?yàn)橐O小，所以都可以飄起來。 質(zhì)量和重量的區(qū)別其實(shí)，牛頓被認(rèn)為是物理學(xué)的鼻祖，他的著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》可以稱得上是物理學(xué)的開山之作。 而在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，牛頓一上來就定義了質(zhì)量，
具體書中的截圖如下： 如果你仔細(xì)看，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，牛頓甚至也區(qū)別了質(zhì)量和重量，并且他還說到： 質(zhì)量和重量是成比例的。 這個(gè)結(jié)論是他從“擺”的實(shí)驗(yàn)中得出來的。其實(shí)，我們初高中也學(xué)過物理學(xué)，其中質(zhì)量的符號(hào)是m，而重量M=mg。這里g就是重力加速度。一般重量的表述形式是： 重力作用在它身上的力。 而重力其實(shí)是和引力，以及由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力的合力，初高中的物理會(huì)認(rèn)為這有個(gè)向心力，實(shí)際上，我們也可以看成是離心力（初高中物理不這么用），因?yàn)橛捎诘厍蜃赞D(zhuǎn)，人有離心的趨勢。 所以，能夠改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的是力，這和質(zhì)量是兩碼事。不過，他們確實(shí)嚴(yán)格比例，如今科學(xué)家也做了不少這方面的實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)質(zhì)量和重量的比例關(guān)系在10^-13的精度上還是保持一致的。 這里在補(bǔ)充一點(diǎn)，一般我們說重量，其實(shí)是用秤起來的重重，事實(shí)上，這里測到的是重力的反作用力。而且不同的環(huán)境重力加速不同，重量也就不同。 這里重力是地球?qū)θ说囊σ约半x心力的合力，到了南北極，我們可以認(rèn)為重力約等于引力。這里離心力沒啥可討論的，我們就討論引力。 在牛頓的體系中，他假設(shè)時(shí)間和空間是剛性的，獨(dú)立的，引力是一種超距作用。 所謂時(shí)間和空間是剛性的和獨(dú)立的含義是，1秒和1厘米對于任何人來說都是一樣的，不管這個(gè)人在什么樣的參考下（也就是這個(gè)人如何運(yùn)動(dòng)）而超距作用指的是，順間傳導(dǎo)，舉個(gè)例子就是，太陽如果消失了，那地球就立馬飛出去，毫不含糊。 引力牛頓還給出了萬有引力公式，在這個(gè)公式中，牛頓其實(shí)將引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量看成是等價(jià)的。這種等價(jià)其實(shí)預(yù)示著空間的屬性。 如果你仔細(xì)想一想，庫侖力其實(shí)也是類似于這種形式的。 而愛因斯坦就是從這個(gè)角度去深入思考，提出了廣義相對論。由于在提出廣義相對論之前，愛因斯坦已經(jīng)提出了狹義相對論，在狹義相對論中，他已經(jīng)統(tǒng)一了“時(shí)間”和“空間”，他認(rèn)為： 時(shí)間和空間一起組成四維時(shí)空，構(gòu)成宇宙的基本結(jié)構(gòu)。 也就是說，運(yùn)動(dòng)本身是會(huì)改變“時(shí)間”和“空間”的，所以狹義相對論才會(huì)有例如：時(shí)間膨脹或者尺縮效應(yīng)的結(jié)論。這和牛頓認(rèn)為的時(shí)間和空間是剛性的，獨(dú)立的是不同的世界觀。 所以，愛因斯然基于狹義相對論，在廣義相對論中提出引力的本質(zhì)是時(shí)空的彎曲。 惠勒曾有一句著名的描述就是： 時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng),物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲。 就高度總結(jié)了廣義相對論的這個(gè)結(jié)論。 如果把這個(gè)觀點(diǎn)運(yùn)用在太陽系中，那就是說，太陽壓彎了周圍的時(shí)空，地球其實(shí)是沿著時(shí)空的測地線在運(yùn)動(dòng)，所謂時(shí)空的測地線是指四維時(shí)空中兩點(diǎn)之間的最短距離。
所以，其實(shí)地球是貼在測地線在運(yùn)動(dòng)，從二維上看，就好像在做圓周運(yùn)動(dòng)一樣。
所以，地球沒辦法掉下去的，因?yàn)樗緛砭褪琴N著時(shí)空在動(dòng)，還能往哪里掉呢？ 而愛因斯坦的廣義相對論后來在愛丁頓等科學(xué)家的努力之下，獲得了實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支撐，并且從廣義相對論出發(fā)預(yù)言的黑洞和引力波，也被科學(xué)家找到了。因此，廣義相對論目前是引力本質(zhì)解釋的主流理論。 質(zhì)量至于質(zhì)量，在狹義相對論中，愛因斯坦還統(tǒng)一了“質(zhì)量”和“能量”，這也被我們稱為質(zhì)能等價(jià)，還有那個(gè)著名的質(zhì)能方程，就是在解釋多少質(zhì)量的物質(zhì)含有多少能量。
不過這也只是解釋了質(zhì)量和能量是等價(jià)的關(guān)系，不能單獨(dú)存在，是一體兩面。對于質(zhì)量本質(zhì)的解釋來自于粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型。
在這個(gè)理論中，物質(zhì)的99%的質(zhì)量來自于束縛夸克的強(qiáng)力所提供的能量（可以通過質(zhì)能等價(jià)E=MC^2可以算出來），而1%的質(zhì)量來自于基本粒子夸克、電子等與希格斯場相互作用所獲得質(zhì)量。
所以，你看，重力和質(zhì)量壓根就是兩碼事。 |
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