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物理学中的物质“质量”概念到底代表着什么物理意义？ 马海飞 （http://blog.sina.com.cn/gfis，2013年12月25日） 无论是在物理学的理论研究还是应用研究中，物质“质量”都是一个不可缺少的基本物理学概念。虽然我们从接受物理学初级教育时就开始接触到了“质量”这个概念，但是，包括伟大的物理学家们在内，很少有人认真研究过“质量”这个物理学概念到底代表着什么物理意义。因此而围绕着“质量”就产生出了很多回答不了的“科学”问题。 其实，只要我们从以往接受的传统观念中走出来，用最新的科学发现重新看待质量这个概念的话，所有的问题都会迎刃而解。 只要稍加注意就不难发现，“质量”这个概念包含了两重意思。第一个意思反映出来的就是“物质属性”上的意思。“质量”的英文名称是mass。它具有“块”的意思。也就是说，当我们看到“mass（块）”这个字的时候，就会直观地想到“一块糖”，“一块石头”之类具有“实体”特征的“物体”。只要是成“块”的东西，一定就是实体的、可以占据一定空间的。总而言之，在物理学中，“质量”这个概念代表的第一个意义就是“物质是具有实体属性的”意思。因此这个质量概念中并不含有“数量”的成分，仅仅含有“物质具有实体属性”这个成分。这个意义上的质量可以被叫做“属性质量”。而大自然本身是不会去做“定量处理”的。因此，所有与数量有关的概念都是人为制造出来的。“质量”概念的第二个意义就表现在数学公式中使用的那个M（或m）上。M也是“质量”，但这个质量与上面提到的那个“属性质量”并不是一回事。实际上，二者之间的关系是：M这个可以用数字来表示的质量是对“属性质量”物理功能的量化表达。因此，数学公式中使用的那个质量也可以被叫做“量化质量”。因为“属性质量”是反映物质属性的质量，因此，严格地来说，在数学公式中使用的那个“量化质量”是为了反映“物质属性质量”在物理现象中所发挥的物理作用和功能而人为规定的一种量化表达形式。虽然在化学和生物学等其他学科中也会用到“量化质量”，但使用的目的也都是为了物理性的量化描述。显然，“质量”并不是“物质含有量”的意思。物质含量的多少应该用基本粒子的数目来决定，而不是用“质量”来表示。质量表示出来的不是含量，而是物理功能。 在使用科学方法对物理现象进行研究的过程中，对所有的相关因素做出“数学上的定义”都是不可少的一步。这当然也少不了对“属性质量”的数学定义。于是就产生出了“量化质量”。实际上，数学上的M质量是人为定义的，而不是自然存在的。“属性质量”才是自然存在的物质属性。其实，用“属性质量”来描述这种自然存在也是不准确的，应该用“物质的实体属性”来描述这种自然存在才对。这样就不至于再把两个质量的概念混为一谈了。从此以后，“质量”这个概念就可以明确为：质量是人类为了认识物质的实体属性在物理现象中的物理功能而人为建立的一个物理量概念。这个量的大小用克、千克等重量单位来表示。从“质量”这个概念中去除对物质属性本身的描述，只保留对物质实体属性在物理功能上的描述。 在我们搞清楚了“质量”是怎么一回事之后，就没有必要去研究什么“物质质量的来源”之类的问题了。真要研究这方面的问题那就应该去研究“物质的实体属性是如何来的”。这比研究“质量的来源”明确多了。也不会单纯地在数字上打转转。把物理问题与数学问题分开是解决物理学问题的重要一步。例如，从物理上讲，粒子都应该属于物质实体范畴的。而现代物理学认为，物质实体是从能量中产生（转化）出来的。既然如此，物理学家们就应该从物理机制上研究：能量离开实体是如何存在的以及非实体的能量是如何产生出物质实体（基本粒子）的。而不应该用数学方法在量化质量上去研究物质实体属性的起源。 最新研究结果已经证明，物质是“实体属性”和“场属性”的统一体。“质量”只能用来描述物质“实体属性”上的物理性质，而不能描述物质“场属性”上的物理性质。那么物质的场属性能否也可以用数学方法来表示呢？当然可以。对物质场属性的物理性质的数学表达方式就是“质量场密度”。“场”不具备“实体属性”，但具备“空间属性”，因此在表述质量场的物理性质时必须加入空间因素，那就是质量场的球形面积。于是，我们就可以从数学上定义“质量场密度D就是物体质量M与质量场面积A的比值：D=M/A”。 值得注意的是，经过本文明确后的“质量”定义不再是“物体含有物质量的多少”这个旧物理学概念。新的概念表示的是：质量是以数学方式对物质实体属性的物理学性质作出描述的一个物理量。这个物理量表示的是物质实体属性的物理功能而不是物质含量。 同样道理，“质量场密度”这个用数学方法定义的物理量所表示的是物质场属性的“物理功能”，而不是“物质含量的分布情况”。 当我们在研究物理现象的时候，必须把物质的两个属性同时考虑进去，否则只能得到近似或片面的结果。牛顿力学仅仅是针对物质的实体属性而形成的理论，没有把物质的场属性考虑进去，因此是一个近似的和有局限性的理论。牛顿的理论只在物质的场属性功能不明显的特定条件下才成立。例如在小质量和慢速度条件下才成立。这是因为在这样的条件下物质的场属性作用不明显而可以被忽略不计的缘故。但是，当物体大到一定程度（即：用数学表示的那个“质量”大到一定程度）时，或当物体的运动速度大到一定程度时，物质的场属性（质量场）的作用就不可再被忽视了。这时候，牛顿的理论就开始力不从心了。 对于“质量”的理解不单纯是一个简单的物理学概念问题，而涉及到观念的转变问题。只有改变了观念，才可能正确理解它。其实，改变观念也并不困难。首先彻底忘掉以往接受的那个旧概念。然后，只要明白，在物理学中，“质量”就和“时间”、“长度”和“温度”等物理量一样是用来描述一种物理状态或物理作用的物理量，而不是实际的物质含量就容易理解它了。如果不从功能上进行描述，物质含量的多少对物理学研究就没有任何意义。 在物理学研究中人们把质量分成“惯性质量”和“引力质量”的做法也证明，“质量”并不是指物质含量，而是指物质属性的功能。“惯性质量”就是对物质实体属性在惯性运动现象中的功能作出的定量表达形式，而引力质量就是对物质实体属性功能在引力运动现象中的定量表达形式。从物质含量上来说，也就是从物质所含的基本粒子数目上来说，是不可能因为惯性运动与引力运动在运动形式上的不同而产生变化的。 总之，“质量”不是物质属性，而是表达物质实体属性功能的一个物理量。与质量对应的物质属性是“实体属性”。这个“实体”所指的并不是“固体”。任何在空间中不能同时占据同一位点的客观存在都是实体。气体和液体也都是由实体构成的。质量不是物质含量，而是一个物理功能量。因此，与质量对应的质量场密度也不是物质含量的分布密度。质量场密度也是一个表达物质属性功能的物理量。与质量不同之处是，质量场密度这个物理量所表达的是物质的场属性的功能，而不是实体属性功能而已。在理解质量和质量场密度的时候，要避免使用旧的观念去理解它，否则就无法正确理解。 随着物质实体属性与场属性统一关系的发现，以往的许多模糊不清的物理学旧概念都需要得到纠正。质量概念仅仅是其中之一。 |
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