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質(zhì)量在物理學(xué)中究竟是什么?

 物理網(wǎng)文 2018-02-16

 在日常生活中,人們對(duì)物體在物質(zhì)量度上的把握,一般是通過(guò)物體的重力來(lái)實(shí)現(xiàn)的,重力被認(rèn)為是物體所必有的屬性,并與物體所含有的物質(zhì)量度,嚴(yán)格地遵循正比關(guān)系。因此,在早期的哲學(xué)家和物理學(xué)家們看來(lái),自然界中所有的不同物體,一定是由同一種具有重力屬性的最小物質(zhì)單元所組成的,這些相同的物質(zhì)單元,以不同的組合形式,構(gòu)成了千差萬(wàn)別的宏觀物體,所以它們才會(huì)有著一致的重力性質(zhì),和各不相同的物態(tài)。最初的原子理論,就是在這樣的觀念基礎(chǔ)上逐步形成的。

對(duì)于古典的原子理論來(lái)說(shuō),原子所具有的重力屬性,是不可或缺的,它是解釋宏觀物體重力現(xiàn)象的唯一根據(jù),除此之外,當(dāng)時(shí)的人們并不需要給原子附加其它的具體性質(zhì)。在哲學(xué)觀念上,原子就是一個(gè)永恒不變的球形實(shí)體,物體所含物質(zhì)在量度上的多少,就是指這種原子在數(shù)量上的多少,自從牛頓提出質(zhì)量概念,建立力學(xué)第二定律,并在實(shí)踐中獲得廣范的成功應(yīng)用后,人們便不再提及原子本身所具有的重力屬性,物體本身所具有的物質(zhì)量度,同物體所受到的重力量度,開始被嚴(yán)格地區(qū)分開來(lái)。從此,原子除了是一個(gè)不變的物質(zhì)實(shí)體之外,沒(méi)有其它任何具體屬性。

將物體的物質(zhì)量度,同物體所受到的重力分開,徹底打破了人們對(duì)物體物質(zhì)量度與重力不分的傳統(tǒng)觀念,并據(jù)此確定了作用力,是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的因素,而不是使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原因,這是人類認(rèn)識(shí)上的一次偉大飛躍。但是,人們對(duì)此必須要清楚,牛頓的質(zhì)量概念,仍然是建立在原子與虛空并存的古典自然觀基礎(chǔ)之上的,對(duì)于原子作為恒定不變的物質(zhì)實(shí)體,仍然還只是一個(gè)假設(shè),牛頓第二定律在應(yīng)用上的成功,只能說(shuō)明物體所含原子的數(shù)量,同運(yùn)動(dòng)力的大小成正比,它對(duì)原子本身所具有的具體屬性,沒(méi)有任何規(guī)定。也就是說(shuō),只要這種原子處于相對(duì)穩(wěn)定的情況下,無(wú)論它是高密度的物質(zhì)個(gè)體、還是高密度的能量聚集體,物體的動(dòng)力學(xué)效果都是相同的,即牛頓第二定律的成立,是以原子的穩(wěn)定不變?yōu)榍疤釛l件的,牛頓第二定律的適用性,并不能證明原子是一個(gè)高密度的物質(zhì)個(gè)體,牛頓用物體所含物質(zhì)量度的多少,來(lái)定義的質(zhì)量概念,未必符合物體本身的真實(shí)情形。當(dāng)原子釋放能量的現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)后,可以肯定地說(shuō),影響物體動(dòng)力學(xué)行為的物理因素,不是物體所含物質(zhì)在量度上的多少,而是物體本身內(nèi)能的大小,原子在事實(shí)上是一個(gè)有生有滅的高密度的能量聚集體。這就是拉格朗日能量公式,為什么比牛頓第二定律公式更合理的原因。牛頓的質(zhì)量概念,同物體的動(dòng)力學(xué)行為,在事實(shí)上是錯(cuò)位的,物體的動(dòng)力學(xué)行為,并不是取決于物體所含物質(zhì)在量度上的多少。

在牛頓那個(gè)時(shí)代,背景知識(shí)是很缺乏的,對(duì)于宏觀物體內(nèi)微觀情形的認(rèn)識(shí),幾乎是一片空白,宏觀物體內(nèi)是否有牛頓想象中的原子存在,對(duì)于牛頓來(lái)說(shuō)也只是一種理論推測(cè),所以他在定義質(zhì)量概念時(shí),沒(méi)有輕易地使用原子數(shù)量的多少,而是用體積和密度來(lái)規(guī)定質(zhì)量的量度。在嚴(yán)格的理論意義上,牛頓的質(zhì)量定義,不算是對(duì)物體中物質(zhì)的量度所作出的定義,而僅僅是給出了與物質(zhì)量度的大小,有關(guān)聯(lián)的兩個(gè)因素。在邏輯關(guān)系上,應(yīng)當(dāng)是先給出“物質(zhì)”這一最基本的概念,然后所使用的“物質(zhì)密度”這一概念才有意義,如果連物質(zhì)具體是什么都不清楚,那么,物質(zhì)密度是指什么呢?牛頓用物質(zhì)密度這一概念,來(lái)反過(guò)來(lái)定義質(zhì)量概念,巧妙地回避了對(duì)“物質(zhì)”這一基本概念的正面回答,當(dāng)人們使用他的質(zhì)量概念時(shí),其實(shí)并不清楚其中的物質(zhì),具體指的是什么。由“體積和密度”來(lái)規(guī)定的物理量,可以是多種不同的物理量,但可以明顯地看出,牛頓對(duì)物體的比重同物質(zhì)密度之間的正比關(guān)系,是確信無(wú)疑的,他認(rèn)為此后對(duì)微觀最小的“實(shí)物”粒子的揭示,會(huì)彌補(bǔ)他的質(zhì)量定義的不足。但事實(shí)與牛頓的預(yù)料完全相反,微觀原子被揭示出是以高密度的能量形式而存在的,隱藏在原子之中的真正的實(shí)物粒子,顯然已經(jīng)不能對(duì)牛頓的質(zhì)量概念提供支持。

近代力學(xué)的發(fā)展,起步于將物體的質(zhì)量同物體重力的區(qū)分,牛頓在這一方面的功績(jī)是空前的,他使人們擺攤了有史以來(lái)對(duì)物體屬性的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),從此不再認(rèn)為“力”是物體的固有屬性。無(wú)論原子是以高密度的物質(zhì)個(gè)體、還是以高密度的能量聚集體的形式而存在,對(duì)于質(zhì)量概念的認(rèn)識(shí)與理解,都不應(yīng)當(dāng)再回過(guò)頭來(lái),去依附某種具體形式的作用力,更不應(yīng)該把質(zhì)量概念同速度因素扯在一起,所謂的慣性質(zhì)量、引力質(zhì)量、動(dòng)質(zhì)量、和靜質(zhì)量等等,都是極其荒謬的。物質(zhì)概念是質(zhì)量概念的前提和基礎(chǔ),在真正的本源物質(zhì)沒(méi)有被認(rèn)識(shí)之前,質(zhì)量仍然是個(gè)未知概念。近代物理學(xué)在質(zhì)量問(wèn)題上,不僅沒(méi)有前進(jìn),而且是在倒退。

                                                                                   ——王德春     2016年6月15日


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