理论教育 经典力学中的质量概念研究成果

经典力学中的质量概念研究成果

时间:2023-11-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:首先指出,经典力学中的质量概念包括惯性质量和引力质量。近现代物理学史上,质量概念出现的形态依次有物质的量、惯性质量、引力质量、电磁学质量、狭义相对论质量,以及广义相对论下等效原理中的质量概念。经典力学被普遍认为是由运动学和动力学组成的。对于牛顿而言,质量概念,或更确切地说惯性质量,通常被选择作为这个增加的概念。

经典力学中的质量概念研究成果

首先指出,经典力学中的质量概念包括惯性质量和引力质量。近现代物理学史上,质量概念出现的形态依次有物质的量、惯性质量、引力质量、电磁学质量、狭义相对论质量,以及广义相对论下等效原理中的质量概念。而归根到底,所有这些质量概念的形态都可以表达为两种根本不同的类型,即惯性质量和引力质量。牛顿最初定义了物质的量之后马上将之在动力学上正比于物体的惯性,同时,牛顿的第一运动定律(即惯性定律)是将之前已经成熟的阿基米德静力学和伽利略开创的运动学转变为动力学的关键前提假设。电磁学中对电磁惯性的解释和狭义相对论中可变质量的提出,本质上都是指动力学意义上的惯性质量。牛顿提出的引力质量(也可称重力质量)是在万有引力定律下,物体作为行为主体的区别于惯性质量的独立形态的另一个描述物质属性的量。

经典力学被普遍认为是由运动学和动力学组成的。运动学是处理物体或粒子的运动,而没有对这些运动的原因做出解释的科学,它的基本概念是长度和时间。相应地,动力学是研究造成相互作用结果的物体运动的科学。动力学的任务是解释由运动学所描述的运动,动力学要求在那些用于运动学的概念上附加新的概念,为了“去解释”,而不仅是“去描述”。力学的历史显示了从运动学到动力学的转换只要求增加一个概念——或者是质量的概念或者是力的概念。牛顿以质量的定义开始写作他的《原理》,接着他的运动学第二定律,以欧拉表达式表示为F=ma,把力定义为质量m与加速度a(加速度是运动学概念)的乘积。对于牛顿而言,质量概念,或更确切地说惯性质量,通常被选择作为这个增加的概念。这样,力学的三个基本概念就是长度、时间、质量,与三个物理学维数L、T和M以及它们的单位米、秒和千克相对应。所有物理学中的测量本质上都是运动学的,因此定义质量的概念并理解质量的本质是个严肃的问题。[1](www.daowen.com)

现代物理认识到自然界除了引力之外的三种基本力,即电磁力、弱相互作用和强相互作用。但由于引力理论是第一个发展完整的理论,因此惯性质量开始只与引力有关,并且引力质量将我们带到当前粒子物理研究的最前沿。尽管引力质量mg在概念上不同于惯性质量mi,但它的定义预设了mi的概念。因此从对惯性概念的分析开始对质量概念的讨论是合逻辑的。[2]

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