答案很简单。他们绝对不是一回事。但是它们之间有一些关系。
质量如何?
我们在研究科学问题的时候,尤其是科学家在做研究、发论文的时候,都想把定义说清楚。这个规则从一开始就不存在。相反,它直到牛顿时代才存在。应该说这是牛顿的工作方法。他写《自然哲学的数学原理》这本书的时候,在前10页做了各种各样的定义,这是一个非常明确的定义。大家熟悉的“质”和“力”的概念也是在那个时候确立的。
因此,牛顿是第一个对“质量”给出明确定义的人,这个定义写在《自然哲学的数学原理》的开头。他是这样描述的:
物质的量是同一物质的密度和大小的量度。
听起来很抽象,不是吗?不过没关系。后来科学家总结了牛顿的工作方法,提出了牛。
邓恩的激光火焰剑理论。这个理论说:
一切不能实验和观察的东西都不值得争论。
所以,牛顿既然给出了定义,就一定给出了测量质量的方法。实际上,这只是低于“质量”的定义。他说:
通过精确的摆实验,我发现质量和重量成正比。你找到了吗?牛顿确实提供了一种测量方法。不仅如此,他的测量方法与体重有关。他发现重量与质量成正比。
惯性质量和重力质量
关于质量的定义,如果你高中上过物理课,应该也知道质量描述的是物体运动的难易程度,说白了就是惯性。于是,就有了所谓的“惯性质量”。
同时,我们需要知道的是,我们在地球上的位置并不是因为引力而飞起来的,而当地球自转时,我们有一个离心力要被地球甩出去。我们在地球上受到的重力,其实就是重力和离心力的合力。
然而,我们必须弄清楚一个问题,即力的确切定义:
力是改变物体运动状态的原因。然后,我们继续思考。质量较大的物体虽然受到的重力较强,但由于质量较大,很难改变其运动状态,更难加速其下落。但问题是,如果做自由落体实验,会发现轻物体和重物体会同时落地。
所以这里的惯性质量和引力质量神奇的相等。
后来科学家发现,不仅如此,还有类似库仑力、引力这样的情况。它们的强度随着距离的平方而减小,这似乎暗示了某种规律。
我们可以想象空气体中有一个气球,气球上布满了点。随着气球的膨胀,气球表面单位面积上的点的浓度随着刻度的平方而减少,但球表面的点的总数实际上是恒定的。也就是说引力场和库仑力的电磁场都是球面的。
当然,我们也可以得出结论,在这个“场”里,物体的惯性质量等于引力质量。在广义相对论中,这也被称为等效原理。
由此可以得出一个结论,引力其实是由重力引起的。会因为引力场的变化而变化,但质量不是。质量不会因为引力场的变化而变化,质量是不变的。
质量从哪里来?
那么你可能会继续问,既然万有引力是由于万有引力,那么质量是由什么引起的呢?
其实我们想了很久,如果把物质连续分割,如果能切割成那些不可分割的粒子,那么只要称一下这些粒子的质量,物质的质量就应该是这些粒子质量的集合。
但是,当我们实际这么做的时候,发现这些质量只占总质量的不到1%。
99%的质量从何而来?
在进一步研究的过程中,我们需要了解爱因斯坦狭义相对论的质能方程,e = MC ^ 2。
这个方程其实告诉我们一件事:质量和能量是等价的。你什么意思?有质量,有能量,有能量,有质量。它们实际上是同一事物的两个物理量。所以一定的质量对应一定的能量,可以用E = MC ^ 2来换算。而物质质量的99%来自于束缚夸克的强力所释放的能量所对应的质量。
最后总结一下,质量不变,对应的是组成自己的粒子所释放的能量,以及将这些粒子束缚在一起的力。由引力质量等于惯性质量可知,引力实际上与引力场有关,是一个变量值。