揭开相对论质量的本质 － 运动是如何改变质量的?

马海飞

(http://blog.sina.com.cn/gfis 2010年7月28日)

在爱因斯坦提出相对论之前，人们把一个物体的质量分为“惯性质量”和“引力质量”。无论是哪一种质量都被认为是守恒和绝对不可变的。然而，爱因斯坦的相对论问世以后，质量绝对不可变的观点被改变了。人们开始把质量分为静质量和运动质量或绝对质量和相对论质量。从此，物体的质量不再是绝对量，而是一个与物体的运动状态紧密联系在一起的量。绝对质量是物体处于相对静止状态时的质量。相对于观测者高速运动物体的质量则是相对论质量。

那么到底相对论质量的本质是什么呢？为什么质量可以随运动速度发生变化呢？难道物质的质量在运动中就不再守恒了吗？这些都是人们非常难以理解和想搞清楚的问题。

有时候我们距离真理只有一层窗户纸那么近的距离。只要捅破这层纸，真相就会立刻大白。关于相对论质量的问题，随着“质量场”的发现，我们已经完全有能力给于回答了。其实，一个物体的物质质量永远都是不可变的。物质永远都遵守质量守恒定律。但是，与物质质量密切相关的各种物理现象却是可以随物体运动和存在形式的不同而不同。所以，第一个需要澄清的是“物质属性”和“物理特性”这两个不同概念。物质质量是物质的属性，而物体的相对论质量是物体在特定物理条件下的一个物理特性。属性是无条件的，特性是有条件的。因为物质本身是不可能变化的，因此物质的属性也是不可变的。我们在物质世界中所看到的所有变化都是物体在物理特性上的变化，包括相对论质量。

如果物质的质量是不可变的，那么，可变的相对论质量又是什么呢？现在可以肯定地说，相对论质量其实是物体的“重量”而不是“质量”。 质量是物质的属性，重量是物体的物理特性。同一个物体在月球表面和地球表面的质量是相同的，但重量不同。因此， 物体的重量是相对的，而质量是绝对的。物体的重量随着它所在的质量场密度（以往称为“引力场强度”）的不同而不同。其实，物体在运动中所经受的变化与改变物体在不同质量场密度环境中遭遇的变化是一样的。这是“速度和质量的等效性”决定的。同一个物体在不同运动速度下与在不同质量大小情况下的“重量”一样都是不同的。重量来自重力。重量等于物体的质量与重力加速度的乘积(W=mg)。因此，增加运动加速度(F=m₁a)与增加质量(W=m₂g)可以产生同样的力学效果（F=W）。从速度和质量的等效性原理我们不难看出，“运动质量”或“相对论质量”实际上指的是运动过程中的物体“重量”，而不是物体的物质质量。

重量与质量之间的区别对物理学家而言很容易区别，但是，很多普通人却常常把它们混淆。这并不能责怪普通人没有知识。实际上，如果用相对论的观点来说，把重量作为“物体的相对质量”对待是完全可以的。假如一个人在地球上的体重是60公斤，到月球上就成10公斤了。按相对论可以这样说：这个人的“地球质量”是60公斤，“月球质量”是10公斤。它们的相对论质量随着它们的不同环境而不同。按照这种相对论质量进行相对性运算，最终完全可以在数值上得到正确的计算结果。其实，相对论质量也就是把质量与重量混淆在一起产生出来的。

通过运动来改变相对论质量是非常简单的事情。在月球上，把称的底座加上一个动力装置，让它在月球表面给那个人从下向上一个50公斤的力让他产生垂直向上的加速运动。这时，称上显示的物体重量就是60公斤了。于是，物体的运动弥补了月球质量的不足而使他的体重从静止重量的10公斤（月球质量）变成了运动质量的60公斤，达到了“地球质量”的水平。—— 即所谓的“运动改变了质量”。

一个更简单例子就是在电梯里称重量。如果把重量与质量混淆不清的话，当电梯停止不动的时候称出来的重量被认为是“静质量”，那么当电梯在运动过程中称出来的重量就是“运动质量”了。可见，只要电梯不动，物体的“质量”就不会变。一旦电梯开始运动，物体的“质量”就开始变化了。 这个“运动质量”的大小随电梯的运动速度大小而发生相对变化。由此就不难理解为什么运动可以导致“质量”发生变化了。也就知道相对论质量的本质是什么了。 虽然，实际上相对论对运动质量的计算并不象上述所说的那么简单，但它们之间的本质是一样的。相对论质量是把“重量”作为质量对待所产生出来的一个物理概念。认清楚“质量”与“重量”概念的混淆是解释相对论质量问题的关键所在。

从这些例子中也可以看到相对论的本质是什么。质量是绝对的。重量是相对的。相对论在解释物理现象的时候全都是以相对的方式来处理物理学问题，因此不得不把“绝对的东西”进行相对化处理。在相对论中，被相对化处理的不仅仅是质量，还有空间和时间等。其实，以这种相对化的方法研究的不是物理现象的本质，仅仅是物理现象之间的相对关系。就关系而言，往往只要能够达到自圆其说就可以被人们接受了。

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