理论上还发现，在扩散区电导几率分布函数虽然主体部分接近高斯分布，但带有非高斯型的、对数正态分布的“尾巴”，而且随无序程度的增加，

郭连成
[原创]惯性质量与引力质量之说当终结
非著名师 发表在 科学探索 华声论坛 http://bbs.voc.com.cn/forum-148-1.html
发表时间：2010-7-7 15:14



惯性质量与引力质量之说当终结

一、问题的由来

质量是什么？现在的中学生都能回答：质量是物体所含物质的多少，或者说质量等于密度乘以体积。“质量是物体所含物质的多少”，这样的定义简单而明白。可以说，质量属于简单定义的概念，弄复杂了反而要产生许多麻烦。

最早提出质量概念的是培根，他在1620年出版的《新工具》一书中，将质量定义为“物体所含物质之量”。牛顿在《自然哲学之数学原理》中也大同小异地定义物体的质量为 “物质之量”，质量“是用密度和体积一起来量度”。培根和牛顿对质量的定义，与今天质量的定义（物体含有物质的多少）基本相同，当然“质量等于密度乘以体积”的说法要看作表述公式而不是定义。

按理说，质量就是质量，怎么能分出惯性质量与引力质量两种概念呢？惯性质量与引力质量概念最早出现于牛顿时代，但找不到牛顿提出的证据，可能是牛顿同期的牛顿力学建设者提出的。为什么要把一个质量所表现的事物不同方面划分为两个不同的概念？可能是当初的人们对质量的定义有些不太满意，又看到引力公式和牛顿第二定律中的ma中都牵涉到质量，设想这里可能隐藏着质量涵义的真谛，所以从物体受引力作用及作变速运动的两种现象着手，提出引力质量和惯性质量之说。

引力质量的表述是：万有引力定律公式中的质量称为引力质量。它表示物体产生引力场的源头或物体间引力作用的依托，一般用天平称得的物体质量就是物体的引力质量。惯性质量的表述是：牛顿第二定律公式中的质量称为惯性质量。它是物体惯性的量度，用惯性秤可以确定物体的惯性质量。

实验和经验都证明，物体的引力质量愈大，它的惯性质量也就愈大。非常精密的实验证明，任何物体的惯性质量跟它的引力质量严格地成正比。选择适当的单位，就可以使物体的引力质量的数值等于它的惯性质量的数值，即引力质量的大小等于惯性质量的大小。

有资料表明，从牛顿测量不同物体单摆的周期以检验惯性质量与引力质量是否相等开始，直到现在人们还在做惯性质量与引力质量相等的实验检验。三百多年来，试验惯性质量与引力质量相等的精确度不断提高，牛顿时代的精确度为10-3数量级；1890年厄缶证明在10-8精度范围内两者相等；1922年爱德维斯精确度提高到3×10-9；1964年狄克把精确度提高到（1.3±1.0）×10-11；1971年勃莱根许和佩诺又将实验的精确度提高到10-12数量级。所有这些实验，均证实了惯性质量与引力质量的测量值相等。

一个物体的质量划分为两个不同含义的质量，肇始于牛顿力学创建之时，然而却没有在牛顿力学中派上用场，倒是在广义相对论中找到了用武之地。爱因斯坦利用了这两个概念，并且以惯性质量与引力质量相等作为公设（等效原理）在广义相对论中应用。二者为什么相等，爱因斯坦通过思想实验做出理性的推断而得之，但事实证明这个应用是成功的，二者相等（或等效）的推断是正确的。

二、再说惯性

长期以来，人们对惯性质量与引力质量的等与不等争论不休，说不等的以惯性与引力两种不同的属性为依据，认为惯性是物体抵抗外力改变其运动状态的本领，引力是物体上的引力场对别物体力的作用，这是物体两种完全不同的属性，绝不能混为一谈。认为二者相等的，有人根据物体的惯性质量随引力质量的变化而变化，在实验精度越来越高的条件下任何物体的惯性质量同它的引力质量相等仍然成立，似乎再继续试验也找不到二者不相等的证据；有人认为它们不过是物体同一本质在不同方面的表现而已。

为什么人们的认识莫衷一是，问题出在哪呢？出自惯性。自牛顿力学创立以来，惯性理论并不完备，人们对惯性的认识并不明晰。因为物体的惯性既有保持静止或匀速直线运动状态的性质，又有运动状态被改变时进行反抗的力的作用，所以人们对待惯性概念，有时从顾名思义的保持不变的性质出发，忽略了惯性有实实在在的力的作用；有时理解惯性有某种作用，又往往把物体处于静止或匀速直线运动状态的惯性保持不变性质牵扯进去。

认为惯性的大小的由质量惟一决定是错误的。惯性的大小由质量与加速度共同决定，没有加速度无法说明惯性的大小。比如静止在地面上的1块砖与捆绑在一起的10块砖，能说10块砖就比1块砖的惯性大吗？匀速直线运动的同型号空车和载重车，无论速度是相等还是不相等都说不出惯性谁大谁小。假设有质量相等的一颗子弹和一个玻璃珠，射出的子弹打进木板和弹出的玻璃珠打进豆腐，能说二者的惯性大小一样吗？

物体的运动分两种情况，一是物体处于静止或匀速直线运动状态；二是物体的运动状态发生变化（有加速度）。第一种情况物体的惯性是“保持”运动状态不变，第二种情况物体的惯性是“反抗”运动状态的改变。惯性“保持”时不表现为力；惯性“反抗”时表现为力（惯性力）。所谓惯性质量之说中的惯性，是第二种情况的惯性而不是第一种情况的惯性。

惯性在两种情况下的不同表现，说明惯性有两种性质：保持性质和反抗性质。从惯性的保持性质的意义方面来说，惯性不光与引力，与别的性质的力均没有相同的属性；而反抗性质的惯性（惯性力），与引力和别的性质的力都有相同的属性和作用意义：因此不可把两种性质的惯性相提并论等量齐观。

实际上，牛顿第一定律是流露出惯性有变化的。牛顿第一定律的定义是：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到外力迫使它改变这种状态为止。牛顿第一定律描述的不光是物体不受外力时情况（第一种情况），还连带第二种情况。当物体受“外力迫使它改变这种状态为止”，即说明物体受外力后的惯性发生了变化，不是原先那种惯性了。而人们对牛顿第一定律的认识只着眼于上半句，忽视了下半句的用意，从而将牛顿第一定律与惯性概念混淆，置牛顿第一定律于无多大作用甚至可有可无的境地。

惯性质量的根据是牛顿第二定律，牛顿第二定律的ma有两种性质：一是运动的性质，二是力的性质。人们用牛顿第二定律解决力学问题时，往往只关注和应用“运动的性质”，而忽视甚至反对ma本身的“力的性质”，认为ma的力的性质是等号那边的事。理论力学中（包括达朗贝尔原理）把牛顿第二定律中的ma作为力（惯性力）使用，但又强调是一个虚拟力、假想力，也是无从谈起实在的力的性质。

三、惯性力是解决问题的钥匙

物体在外力（指合外力）作用下运动，外力等于物体上的惯性力。外力与惯性力是一对作用力与反作用力。万有引力与别的性质的力在对物体的作用效果和意义上并没本质上的不同，在没有别的力作用下，物体所受的万有引力即通常说的外力，它恒等于物体上的惯性力。可见，两个不同名称且永远相等的力把惯性质量与引力质量联系起来，准确地说是物体的质量将引力与惯性力联系起来。

无论物体在太阳系中哪个行星上受到引力作用，只要物体的重力加速度与物体运动的加速度相等，外力总是与惯性力相等。因而可以说引力与惯性力是等价的，两个恒等的力依赖于一个物体的质量，怎么能划分为两个不同的概念呢？

把物体的质量划分为惯性质量与引力质量，作为两种事物来对待并使用的不同方法测量，其中的道理就像出售一根钢材，既可以论长度卖也可以论重量卖一样。钢材的两种卖法都有各自的衡量标准，但结果还是殊途同归，因为单位长度对应一定的重量，单位重量对应一定的长度，两种衡量的不同只是形式上区别而不是本质上的差异。

牛顿第二定律的本质是什么？牛顿第二定律的定义是：物体的加速度与物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。平心而论，牛顿第二定律描述的是物体受外力后运动的规律，运动反映的是事物的现象，当然，应用这个现象解决一般问题足够用了，但解决复杂的力学问题还差强人意，甚至可以说缺少惯性力的物理学科是无法解决大型工程机械包括航空航天器的设计制造问题。实际上，牛顿第二定律的本质是力与力的关系，即外力与惯性力的作用力与反作用力的关系。本文认为，牛顿第二定律的本质是惯性力规律。

有人说：惯性和引力是完全不同的两种物理属性，但是它们之间既然存在着普遍的、严格的正比关系，说明它们不过是物体同一本质在不同方面的表现，这里面可能包含着深刻的物理意义。认为惯性质量和引力质量“是物体同一本质在不同方面的表现”的设想或猜测无疑是正确的；认为“里面可能包含着深刻的物理意义”可能想复杂了。其实问题并不那么复杂，两种不同的物理属性是概念定义不准确产生混乱所形成的，因为静止状态或匀速直线运动的物体有惯性，运动状态变化的物体有惯性，两种不同性质的惯性混杂到一起，是拿不出可与引力属性同义的“惯性”属性。解决这个问题是消除“惯性”与引力不同的属性岐化，只要认定惯性质量对应的是惯性力，并且引力与惯性力相等也就云开雾散了。

爱因斯坦曾说：“地球以重力吸引石头而对其惯性质量毫无所知。地球的‘召唤’力与引力质量有关，而石头所‘回答’的运动则与惯性质量有关。”他说这段话是表达引力与惯性是完全不同的两种物理属性，可见这时还没有把惯性质量中的惯性当作惯性力。等到他提出“等效原理”，即根据“物体在非惯性系中的运动等效于引力场作用下的运动，或者说非惯性系与引力场等效，引力场可以用非惯性系来消除”的理论产生后，这时的惯性质量中的惯性就是惯性力了。

四、惯性质量和引力质量当终结

一种科学理论在建立过程中，要产生许多想象的论断或推断，一个论断在没经过大量的可重复的试验证实前，属于假说或假设。假说有的正确有的错误，但正确的与错误的相比并非成王败寇，正确的假说有功，错误的假说无过。例如“日心说”“大陆漂移说”“DNA双螺旋结构说”等正确的假说，为科学树立了一座座真理的丰碑；又如“地心说”、“热素说”、“燃素说”等错误的假说，也为科学树立了一块块此路不通的标识牌。

科学研究所需要的假说是科学理论建立不可缺少的前提或步骤。符合事物运动规律的假说和假设无疑有积极的作用和意义，但是当发现某些理论的假说被实验检验所否定，它若继续发挥影响便有消极的的作用甚至阻碍科学的发展和进步。然而，错误的理论不是那么容易退出其表演的舞台，有的错误假说因自身运动的惯性而不能即时退出，有的错误假说由于人为的挽留和干预而不能自然退出。退出科学舞台的假说，大多随科学的发展而定格于过去的时代，但个别的如已经消沉的“以太说”似乎已改头换面还要粉墨登场。因此不无悲观地说，有些离奇荒谬的假说也许直到人类灭亡那一天它才能寿终正寝，如“尺涨钟缩质量变大说”，“质量能量互化说”，“空间弯曲说”、“宇宙大爆炸说”、“宇宙寿命说”等等。

牛顿力学创立时，产生出惯性质量和引力质量两个概念，它们并没有在牛顿力学的建设中发挥作用，但却成为广义相对论的基石。让惯性质量和引力质量之说终结，即质量就是质量，不分什么惯性质量和引力质量，并不等于撤掉了广义相对论的基石，广义相对论大厦也不会倾倒，因为广义相对论中还有强硬的支柱：引力等于惯性力，引力场等效惯性力场。

广义相对论实在的贡献是引力场等价惯性力场。但引力质量和惯性质量在广义相对论中还有重要的用途，似乎不能用引力与惯性力相等取代之，因为正是引力质量和惯性质量之说使爱因斯坦用质量使空间弯曲而抛弃了引力。本文认为“质量使空间弯曲”从形式上说就不合逻辑：没有引力哪来的引力质量，人们是从引力和惯性的大小（惯性力）中剥离出引力质量和惯性质量，而不是从引力质量和惯性质量中搜寻出引力和惯性力，难以想象皮之不存，毛将焉附；就算引力跟引力质量和惯性力跟惯性质量没有产生顺序的因果关系，它们平等平权存在也说不过去。既然惯性质量和引力质量是相等的，也就没有必要一定要划分为两个概念，干脆合而为一好了，用一个统一的普遍适用的“质量”代表不就妥了。

本文说让惯性质量和引力质量之说终结，是明知不可为而为之，退一步说，让惯性质量和引力质量的等与不等之争终结，也许要等到22世纪，因为总是不断有好奇者和探索者去论证或实验并且总能有新的“发现”。


作者：郭连成
2010年4月12日于哈尔滨

4.8 小量子系统由于这时电子波函数的位相相干长度会大于体系的线度，因而电子的行为表现出很强的 .... 这时，仅仅用平均值和方差不再能描写介观系统统计涨落的行为，而必须代之以研究 ... 局域态能级和外部相连电极的费米能级之差，从而可以相当方便地改变有关的参数。 ...
221.204.254.28/resource/Book/Edu/.../0054_ts009059.htm - 网页快照