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

文/樸道玄燈

廣義相對論:彎曲的四維時空形成引力場

廣義相對論的「等效原理」表述為物體的引力質量與其慣性質量等價。物體間能產生引力現象的質量就叫「引力質量」。「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。

牛頓萬有引力定律

也許牛頓看到萬有引力公式的分母有「兩質點間的空間直線距離『r』」,進而考慮「引力存在作用的超距問題」。

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,來解決「引力的產生不需要時間」的超距作用問題。

牛頓心中沒有維度的絕對空間和絕對時間

之所以需要引入「絕對時間、絕對空間」這個概念,根本原因在於牛頓認為「物體間無條件地都存在引力」,並且作為一個不用證明的公理來用。對於牛頓來說,「物體間有引力存在」這不是問題,問題是「引力多大,如何計算,以及物體間為什麼會有引力存在」。

所以在實驗觀察中,用於描述「力的作用產生加速度」和慣性現象,這種情形時的物體質量稱為「慣性質量」，而產生引力現象時的物體質量稱為「引力質量」。對處於三維空間背景中的同一個有質物體來說,引力質量和慣性質量,是同一個物體在同一空間中存在狀態的兩種表現形式。

牛頓第二定律,質量m乘以加速度a等於力F。

同樣大小的力作用於物體上同樣的時間,物體質量越大,速度改變越不容易,即加速度越小,物體質量越小,速度改變越容易,即加速度越大。物體這種「維持原有存在狀態保持不變而抵抗外來作用,本能反應拒絕被改變」的「內在本有屬性」被稱為物體的「慣性」。

物體在空間位移,速度代表什麼

速度是空間距離與經歷時間的比值,從用於描述單位時間內速度改變量的「加速度」看「慣性」,慣性必然與「空間和時間」有內在的密切關係。

求變化量的比值極限是流數的核心思想

0秒時車沒動,那麼車在何時動的

慣性這個現象在沒有多維時空背景的條件下,不考慮時空結構時,我們憑經驗感受可以用生活日常語言來取個名字叫「慣性」,但嚴格來說,日常生活用語「慣性」這個詞,並不能準確描述「物體的加速度」現象,用「固化」來代替「慣性」更恰當。慣性所指的本質是「不變不易,維持原有的存在狀態,保持不變」,而「加速度」描述的是「單位時間內速度的改變量」,是「變易,原有的存在狀態改變了」,這樣就與「性」這個表徵物體內在本有不可被改變的「內在本有屬性」不相符。

與其說「物體有慣性」,還不如說「物體被所在的時空法則規定固化」,被「時空捕捉粘住」,總在空中。有怎樣的維度時空法則,就規定固化有怎樣的物質屬性。

物體的「性」也叫「成性,成然之性」,「玄中空虛無」,作用就是「變易不居,生生不息」地「孕育生成萬物,規定固化物質」,這個「成性」是常恆不變的,會變的是物質現象,不變的是「性」,能被改變的就不能叫「性」。

引力本質:空間彎曲,物體運動時的加速

顯然「加速度」這個表示單位時間內速度改變量的概念,描述的是「空間與時間流變轉化的比值」,是描述「物體在時空背景中的流變轉化」的物理量,時空中物質的存在狀態有「成、住、壞、空」四個階段,物體暫時處於某種狀態、存在於空間某處叫「居、住、在」,位移變動叫「周流六虛,變動不居」,這種情形時物體質量出「慣性質量」的一面,而物體間存在引力的「引力質量」不起主要作用，而對於物體而言,引力是相互的,每個物體對於自己和他物來說,即是引力的作者,又是引力的受者,在三維空間中自身有個加速度在位移,實際就是空間與時間流變轉化的比值,這與三維空間產生彎曲不平坦不均勻時,具有一定的曲率,是一回事。

等效原理:引力與加速度,時空規定固化

反之當引力公式情形中,兩個質量表現引力現象時,也是質量所在的空間彎曲產生物體運動,而有加速度,因此引力情形必然等價加速度情形。

一個物體的慣性質量與其自身的引力質量必然等價,因此廣義相對論把這種等價稱為「等效原理」,本質都是根源於「時空規定固化存在於其中的物質」,所以慣性不能叫「慣性」,應當叫「固化」更恰當,慣性質量也就不能叫「慣性質量」,叫「固化質量」更準確。