一、质量的定义
1795年4月7日,“克”在法国被规定为相等于“容量相等于边长为百分之一米的立方体的水于冰熔温度时的绝对重量”。1791年规定:1立方分米的纯水在4℃时的质量
,并用铂铱合金制成原千克器,保存在巴黎,后称国际千克原器。1901年第3届国际计量大会规定:千克是质量(而非重量)的单位,等于国际千克原器的质量。千克用符号kg表示。后期根据质能方程对质量的定义,只是更精确地描述了质量的单位,奠定了物理学的根基。
这是我们在上中学的时候就接受到的知识。物理学中有很多基本量,质量也是其中之一。但是,我们从“质量”这一概念的诞生,和对“质量”的定义、以及质量的单位的定义的历史中会发现,科学其实也不是像平时宣传的那样严密。矛盾之处主要有:
1.质量的定义中,是以体积和水的重量作为基准。体积是以长度为基准,水的重量涉及到温度,定义中采用的基准之一——水的重量究竟是0℃还是4℃存在过分歧。再追溯,对于“米”的定义也存在过分歧。
也就是说,“质量”这一物理学基本量的定义是由人定义出来的,其定义方法是存在矛盾的,这“定义”并非“质量”的本质。
2.质量最初的定义就是重量。根据其定义,简单地说就是“质量是被规定出来的重量”。
3.质量的定义是由法国科学院的科学家们定义出来的,时代背景处于法国大革命中。所以,法国科学院在定义“质量”的时候,应暂时无法结合世界其它学术成果,例如英国牛顿的研究成果。所以,在牛顿经典力学普遍接受的时候,人们产生了对重量和质量的概念的困惑。
所以,无论“质量”被定义得多么精确,无论人们如何区别“质量”和“重量”,“质量”的定义始终绕不开“质量是某种特定的重量”这一逻辑。要得出质量的本质,就必须放弃这一逻辑。
但同时,质量的定义并不妨碍我们以它为基准开展工作。因为测量物体质量的方法主要原理有两种,一种是天平(等效),一种是弹簧秤(换算)。别在这里说电子称,电子称的逻辑和天平是一个道理。所以,用这两种方法来测量质量,实际效果与其定义的逻辑是相符合的,不影响日常工作。
很多人分不清楚“质量”“重量”“重力”的区别。质量是物体本身的属性,它不随物体的位置、形状、温度及状态的改变而改变。根据牛顿第二定律F=ma,法国科学院的科学家们所定义出来的“质量”实际上就是“重量”,而“重量”并不是物体本身的属性。这就是质量的定义的矛盾之处。因为测量质量的方法可以符合质量的定义,所以质量的定义不影响以质量的定义为基准的其它公式。重量的值等于重力,但重力是力。
我们再从另一个角度来看“质量的定义”的局限性。无论是基于质量的定义,还是牛顿经典力学,质量都是我们在三维空间中的一个概念,这个概念不一定适用于高维空间。所以,爱因斯坦会得出“当物体的运动速度无限接近于光速的时候,质量会趋向于无限大”的结论,楼主在上一篇帖子的第1024楼给出“当物体的运动速度等于或大于光速的时候,质量会为零”的结论。质量的概念在描述高速运动的时候,其实已经出现了问题。所以,楼主认为,目前质量的定义只适用于低速时空。
大家一定要先搞清楚这一部分所论述的逻辑,以便更好地理解后文。