引力質量和慣性質量為何相等,它們是同一事物嗎?

2020-12-15 艾伯史密斯

從本質上說,慣性質量和引力質量有區別,在廣義相對論中,愛因斯坦把「慣性質量=引力質量」作為等效原理,建立了廣義相對論。

如果我們不加深思,可能會理所當然地認為「慣性質量」和「引力質量」是一樣的,如果我們更深入地了解這兩個物理量,就會發現這當中暗藏著更深刻的機制。

慣性質量描述的是物體慣性大小的量,體現在物體加速或者減速時對外力的抵抗能力;而引力質量,描述的是物體產生引力場的能力,或者與其他引力場相互作用的能力。

我們稍作思考,就會發現慣性質量和引力質量,完全是兩個物理概念,出現在兩個物理學定律當中(牛二定律和萬有引力定律),兩者之間除了單位一樣外,並無其他聯繫。

但是現在我們知道,引力質量和慣性質量在人類接觸的實驗範圍內,是嚴格成正比關係的,而且正比係數是「1」,相關實驗的精度已經達到了10^-12數量級。

在十九世紀,奧地利物理學家馬赫,就嚴厲地批判了牛頓的絕對運動觀念,馬赫認為事物的一切運動、加速度都是相對的,認為絕對空間並不存在,提出物體表現出來的慣性,是宇宙中其他所有物體作用的結果,這一觀念被愛因斯坦稱之為「馬赫原理」。

馬赫原理深刻地影響了愛因斯坦,並被利用在了愛因斯坦的廣義相對論中,提出了廣義相對論的等效原理「慣性質量和引力質量相等」,等效原理是廣義相對論的兩個基本假設之一(另外一個是廣義相對性原理)。

所以,廣義相對論本質上,也沒有解釋慣性質量和引力質量相等的根本原因,但是從廣義相對論的推論來看,慣性質量和引力質量肯定有著更深刻的聯繫。

在相對論中,質量和能量是統一的,而能量才是根本屬性,質量只是能量的一種表現;物體加速需要能量,那麼質量必然會增加,而且加速後的物體,所在參考系的空間尺度會發生變化(相對論尺縮效應),在引力場中,引力質量也會導致空間的彎曲。

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  • 慣性質量與引力質量
    我們可以依據萬有引力定律完成質量m的操作型定義:讓單位質量的質點(比如千克原器)和某個固定質量的質點M,在固定距離R的情況下相互吸引,測量它們之間的相互作用引力;再把單位質量的質點換為任意質點,再讓這個質點和那個固定質量的質點M,依然在固定距離R的情況下相互吸引,測量它們之間相互作用的引力;設相互作用的引力與待測質點的質量成正比,則可以完成對任意質點質量的測量。
  • 慣性質量、引力質量與摩爾質量
    在萬有引力定律中的質量,與物體的慣性無關,反映物體具有引力的性質,稱為引力質量.引力質量的操作型定義可以完全不涉及物體的慣性性質,不依據運動定律,它完全可以根據萬有引力定律做出。例如兩個物體先後放在與第三物體(如地球)相同的相對位置處時,用它們與第三物體的引力大小之比值作為它們的引力質量的反比,來定義引力質量。
  • 【每周一論】慣性質量與引力質量
    據此定律可知,凡是具有質量的物體都能在空間激發引力場,激發的引力場強度與物體的質量成正比;同時也能在引力場中受到引力的作用,而且在同一強度的引力場中,物體受到的引力作用大小與物體本身質量的大小成正比。因此,只要通過實驗測得物體在一個確定引力場中受到的引力,就可以計算出物體的質量,這種方法得到的質量就叫做引力質量。
  • 慣性質量和引力質量為何不同?如果兩者不相等會怎麼樣?
    當我第一次聽說慣性質量和引力質量,是兩個不同的物理量時非常驚訝,但是稍微一深究,就會發現兩者確實存在本質的區別。1、慣性質量:描物體慣性大小的量,也可以理解為物體產生慣性大小的能力;2、引力質量:描述物體產生萬有引力大小的量,也可以理解為物體產生引力大小的能力;兩者一對比,本質就是慣性力和引力的對比
  • 古老的慣性質量與引力質量
    對於質量這樣重要的概念,其定義方式維持了一百多年,多多少少意味著我們在一些最根本的物理概念的理解上沒有突破;或者說,在最根本的物理量測量上沒有突破。想理解這句話,需要更進一步了解質量的物理意義:與長度和時間不同,質量分為慣性質量和引力質量。這是一個存在於牛頓時期的問題,並且是在沒有合適的測量證據的基礎上,那時的物理學家們認為慣性質量和引力質量在數值上等同。
  • 越是基礎的越是神秘的,引力質量與慣性質量之中蘊含的璇璣
    先不考慮質量在洛倫茲協變情況下的變化,今天探討一下關於質量這個話題。經典力學對於質量的理解在牛頓力學中質量的概念可以從兩個角度來認識:引力質量和慣性質量。1、牛頓認為,質量是物質的量,它反映物質產生和接受引力的能力,可以用萬有引力公式來定義我們稱這樣定義的質量為引力質量。
  • 等效原理:引力質量等價慣性質量,慣性怎麼來的,叫「慣性」恰當嗎
    「質量」這個概念剛開始時最簡單籠統的定義是「物質的多少」,並且引力公式中兩個引力質量必須都在同一時空背景中,這樣空間距離才能參與計算。三維空間中物體間的引力作用引力在物質間存在,大小與兩個質量「M和m」之間距離的平方「r」成反比,於是邏輯推理上必須引入一個「絕對時間、絕對空間」的概念,並且「絕對時間和絕對空間」相互獨立
  • 深度解讀慣性質量與引力質量之間的關係,具有深刻意義!
    本文,首先將會解讀宏觀上的質量是什麼,即慣性質量與引力質量的誕生、意義與它們之間關係。
  • 質量究竟是什麼?為什麼還有「引力質量」和「慣性質量」之分?
    引力質量和慣性質量引力質量和慣性質量的關鍵區別在於,引力質量是在引力下測量的,而慣性質量是在任何力下測量的。質量是一種物質的特性,也是它對加速度的抵抗力。有兩種質量,即引力質量和慣性質量,它們反映出了作用在物體上的不同力的類型。什麼是引力質量? 引力質量是物體由於引力而產生的質量。我們可以通過物體所受引力的強度來確定它。
  • 物體是因為有質量所以有慣性,還是因為有慣性所以有質量?
    隨後,牛頓發現萬有引力定律,這個定律表明質量是物體之間吸引力大小的度量,即質量越大,它們之間的引力越大。為了區別於慣性量度,人們把這個質量稱為「引力質量」,而把慣性量度的質量稱為「慣性質量」。牛頓並沒有把兩種質量聯繫起來,他把它們看成是相互獨立的物理現象。
  • No.141 在高考範圍內,如何理解慣性質量&引力質量的區別與聯繫?
    在初中,質量是物體所含物質的多少(更準確是物質的量);高中我們學習牛二定律後,更注重質量的慣性屬性,學習萬有引力定律後,我們開始關注質量的引力屬性;而大學低年級學習了狹義相對論後,我們了解到動質量和靜質量的區別,高年級學完廣義相對論,我們又會驚嘆質量與時空的聯繫。今天咱們主要著眼於高中物理階段的質量,也就是牛頓定律中涉及到的慣性和萬有引力定律中涉及到的引力屬性。
  • 愛因斯坦沒有解釋出慣性的本質,但他深化了我們對慣性的認識!
    該引力大小與它們質量的乘積成正比與它們距離的平方成反比,與兩物體的化學組成和其間介質種類無關。】 它的公式是:F=(G×M1×M2)/R。我們可以從中看出萬有引力只於物體質量和物體間的距離有關。大家應該已經看出來了,質量對於慣性和引力是根本的。所以在這裡又要引出慣性質量和引力質量。
  • 為什麼物體會產生質量?
    質量的定義:慣性質量和引力質量物理學中對於質量的定義超過7種,最常被用到的是慣性質量和引力質量。慣性質量可以通過牛頓第二運動定律(F=ma)得到,物體的慣性質量決定了它的慣性大小,決定著它的加速度被改變的難易程度。通過測量物體所受到的力和對應的加速度,可以算出物體的慣性質量。
  • 讓人頭痛的「質量」和「重量」
    從嚴格意義上來講,「質量」和「重量」是兩個完全不同的物理量,是絕不能混淆的,那麼,我們應該從哪些方面區分他們呢?1.定義不同。質量是物體慣性的量度,它是任何物體都固有的一種屬性。重量則反映了物體所受重力的大小,它是受地球的吸引而引起的。
  • 從牛頓到愛因斯坦,深度長文解讀引力、慣性力、加速度、參考系和等效原理!
    然而,通過實驗發現,引力質量和慣性質量成正比例關係。雖然,這兩種質量描述的角度不同,一個是產生吸引力的能力,一個保持運動狀態的能力,但如果兩者的比例對一切物體相同,那麼就可把它們當做同一個量來對待,因為選取一個合適的單位,就可以令比例常數為1,即引力質量與慣性質量相等。
  • 時空彎曲與引力的關係
    可有人說慣性的本質是時空彎曲,這樣說對嗎?內容如下,摘自百度百科:「研究者提出由廣義相對論解釋慣性的可能成因:靜者恆靜乃是因為靜止質量會扭曲時空產生凹陷,猶如一個鐵球放在彈簧床的正中央產生了凹陷,此凹陷限制了鐵球的運動並固定其位置,此可解釋為何引力質量恰與慣性質量完全相等,是故靜者恆靜。
  • 兩個氫原子的質量是絕對相等的嗎?如何理解?
    嚴格地說,核子數與核外電子數相同的氫原子的靜止質量是相等的!我們比較兩個氫原子的質量,核子數與核外電子數當然要在相同的情況下比較才有意義,對於這樣的兩個原子,其靜止質量是相等的。其中的關鍵詞是「靜止質量」,相對論指出,物質運動後具有相對論質量,質量和能量是同一事物的兩面;於是,在不同狀態下的同一個原子,其相對論質量也是不同的。
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