相对论性质量

相对论性质量

我们知道，对质量的不同看法，是相对论力学和经典力学的重大分歧之一。经典力学中，一个物体的质量是恒定不变的，与物体的运动状态无关；相对论力学则认定，一个物体的质量是可变的，与其运动的速度有关，即

式中m为运动质量，简称动质量：m0为“静止质量”，简称静质量。(1)式通常被称为“质速关系式”，是相对论力学的基本公式。

然而，笔者认为，经典的质量观是正确的，相对论的质量观是错误的，理由如下。

(1)相对论性质量违反力学相对性原理。为便于论证，我们假设有一个“静止的”惯性系k和一个相对于k系以速度v运动的惯性系K，系静止的物体，相对于K系便是以速度V运动的。现在的问题是：把一个相对于k系静止时质量为m0的物体摆放在k＇，系上，它对于k＇系的质量是否会增加?

令该物体在k＇系上的质量为m，按(1)式显然有m≠m0。这样，惯性系k和惯性系k＇就不是等价的。当我们用同样的力作用于该物体，它在k系和k＇系上就会产生不同的加速度，从而可以区分这两个惯性系，进而甚至可确定一个惯性系究竟是静止的还是运动的。但是，力学相对性原理告诉我们，力学定律在所有的惯性系都是等价的，因此不可能出现那样的结果。可见，力学相对性原理是人类实践经验的总结，经受了长期的检验，爱因斯坦也是完全赞同的，他还把它推广到电动力学上，作为狭义相对论的两个公设之一。因此，违反力学相对性原理的相对论性质量观，是错误的。

(2)“动质量”和“静质量”是不可区分的。我们知道，物理学中“动”和“静”是相

对的，不是绝对的。飞机上的行李，相对于地面而言，它是运动的，但相对于飞机而言，它是静止的。该行李放在地面上时，相对于地面是静止的，但相对于飞行飞机却又是运动的，更不必说，它对于太阳、银河等等总是处在运动中。因此，任何一个质量都既是“静质量”，又是“动质量”，绝对的静止质量和绝对的运动质量都是不存在的。

(3)质速关系式不能解释光子的质量。质速关系式(1)包含有光速c，故它必须适用于光子。但是，(1)式却不能解释光子的质量问题，因为：如果光子具有静质量(≠0)，则在真空中光子的动质量据(1)式便为无穷大；这当然是荒谬的；如果光子的静质量为零，因光在空气、水、玻璃等介质中的速率小于c，故在这些介质中的光子的动质量便为零，于是光子的能量为零。这当然与事实不符。既然质速关系式(1)不能解释光子的质量，故它必假无疑。

需要指出的是，荷电粒子的所谓质速关系实际上与相对论不相干，证如下：

仍假设有两惯性系k和k＇，它们的对应轴相互平行，而且k＇系相对于k系以u=0．866c(约2．6×108m／s)的速率沿x轴方向运动。今有一静质量为mo(相对于K系而言)的类点粒子A又以u＇=0．866c的速率相对于k＇系沿x＇轴向作惯性运动(见图)，求该粒子的动质量。可用两种计算方法：

(1)分步法

令该粒子相对于k＇系静止时的质量为m0＇，根据质速关系式(1)，其动质量为

显然，两种结果4．0m0与7．1m0是绝对不等的，由此可证，质速关系与相对论无关。更重要的是，史实表明：质速关系在1905年以前已问世。

在这里有必要讨论一下“限速”问题，因为它被当作“质增”的主要实验依据。所谓“限速”，指的是一个粒子或物体的速率不能超过真空中光速值。实验表明，不论我们用多强的电磁场去加速粒子，它的速率都不能大于c。对于这种现象，相对论的解释是：“物体的质量不再是常量，它随速率的增大而增大。”然而这并不是唯一的解释。许少知等认为：质增只是一种假象，真正原因是有效作用力因力传递速度的有限性(指不是无穷大)而降低。窃以为，许少知的解释是正确的，相对论的解释是错误的。

“限速”问题其实就是“限能”问题。因为按照经典力学的动能公式，粒子的动能必定是有限的。这就是说，电子的动能不能大于0．256MeV，质子不能大于469．1MeV。但按照相对论“质增”的解释，粒子的动能可以是无限的――只要有足够高的加速电压，因此，只要解释了限能问题，也就等于解释了限速问题。要解释限能问题，可利用功能原理。该原理告诉我们：合外力对质点所做的功等于粒子动能的增量。用公式表示为

功能原理对于低速运动的物体无疑是正确的，那么对于高速运动的粒子是否也正确呢?这是一个必须首先要解决的问题。

笔者认为，功能原理不仅适用于低速运动的物体，而且也适用于高速运动的粒子。因为：1.如果该原理对高速粒子不成立，相对论动能的推导就不成立，因为其推导的一个依据就是功能原理。所以，功能原理对高速粒子必须成立；2.如果功能原理对高速粒子不成立，则意味着能量守恒定律对高速粒子不成立。这当然是不可能的。

于是，根据功能原理，粒子的动能为mv2/2，而电磁场对粒子所做的功必定等于粒子的动能，既不多也不少。因此，经典质量是正确的。相对论性质量是错误的。“限速”75能作为“质增”的实验证据。

相对论性质量是相对论力学的基础，因此，证伪了相对论性质量也就从根本上否定了相对论力学。

经典力学是人类长期实践经验的总结，是物理学乃至整个自然科学的基石。它不仅适用于宏观、低速的物体，也适用于微观、高速的粒子。至于经典力学的局限性，相对论并没有真正抓到。