這是一個網上提問,咱們先來看看題主的問題描述,然後再來回答一下吧:
這是完全沒學過相對論才會有這些問題。咱們先看相對論中的質量公式:
(其中m為物體質量,m0為物體靜質量,Ⅴ為物體運動速度,C為光速。)由上式可以看出,當Ⅴ增大,分母根式變小,m則增大。
相對論的質增效應公式說的是物體的動質量,又叫相對論性質量,不是物體的靜質量。靜質量就是物體相對(地球)靜止時的質量,是與物體同一參考系中的觀察者測量的質量。比如說你描述中說的,相對於地球的亞光速飛船上的一根1釐米長頭髮,在相對頭髮靜止的飛船裡測量的頭髮質量就是頭髮的靜質量。動質量是什麼呢?在地球這個參考系的觀察者測得的這根頭髮質量就是這根頭髮的動質量。所謂靜質量和動質量是在不同參考系的不同觀察結果,應該說都對。說白了質量是相對的,靜質量不具有任何優越性。
相對於地球來說,飛船上的這根頭髮確實變短了,質量確實增加了(至於你說的頭髮質增則長度體積增加了,這是不可能的,運動物體質量增加恰恰是伴隨著運動方向上的長度收縮,質增和尺縮是一回兒事,不能當成兩回事來說);但對於飛船來說,這根頭髮的質量、長度和從地球出發時相比沒有任何變化。這沒有變化,從哪來的有機分子增長?
你說的「質增」、「尺縮」和「不變」是不同參考系的不同觀察結果和效應,不是物體在物理上、化學上有了什麼變化,這種效應與物體的材料無關。當然這種不同既是觀察效應,也是真實的,這種不同是相對性的體現,並不是真的有物質增加。
飛船飛飛停停,頭髮的靜質量和體積也不會積累增大。當它飛的時候,在地面看來質量增加,尺寸變短,但當它停下來時,在地面看來質量又減小到靜止質量,尺寸又變回原來。而對於飛船來講,不管是飛還是停,頭髮的質量和尺寸一直不變。還是那句話:不變,哪來的有機分子的生長?飛飛停停,有機分子壓根沒有生長。換句話說,在地面看來的質量增加和尺寸縮小效應,在飛船看來一點也沒有,它覺不出自己變重了。一句話:質量的相對性並不是物質物理和化學組成成分的變化。
有關知識背景
題主有這種想法並不奇怪,別說是咱們普通人,就是一些物理大師,比如說物理學家洛倫茲堅持認為絕對靜止以太的存在,
他為了解釋邁克耳遜――莫雷的以太漂移實驗,提出相對以太運動的物體,其運動方向上的長度縮短了,他認為這種縮短並不是觀察效應,而是物質在物理和化學組成上真的變化了。他從物體運動發生收縮推出著名的「洛倫茲變換」和質量與速度關係式,認為質量的增大是物質成分真的增加,他到死也不接受相對論。在相對論以前,在洛倫茲理論中,洛倫茲變換所引入的量僅僅看作是數學上的輔助手段,並不包含相對論的時空觀。
愛因斯坦與洛倫茲不同,以觀察到的事實為依據,立足於相對性原理和光速不變原理兩條基本原理,重新定義運動、時間、空間等基本概念,賦予洛倫茲變換新的物理意義,最終建立相對時空觀。