质量与能量的本质

关键词： 质量 能量 守恒 相互作用 相对论

内容提要： 质量与能量都是物质相互作用的产物，彼此具有内在的联系，都与物质的运动相关联。因而，质量守恒和能量守恒具有内在的一致性。把人们对质量与能量的认识提高到这一高度，正是爱因斯坦相对论的伟大贡献！对爱因斯坦的相对论得出的质能公式和质量随运动速度而变的公式的错误理解，及由此而对相对论的攻击是错误的。

Content Summary：The mass and energy result from the reciprocities between matters 。There are the ingenerate relation to the substantial movement each other 。Thus ，the conservations of mass and energy have the ingenerate consistency 。The cognition for mass and energy by people advances this height ，that is the great contribution from Einstein’s relativity！The attack upon Einstein’s relativity by the improper apprehension to the formulae for mass and energy or mass changed with its velocity from Einstein’s relativity is improper 。

质量与能量在物理学中是二个不同的物理量，也是人们公认的物质的二大基本属性。不过在牛顿时代，人们已经认识到：能量与质量有关。例如，物体的势能 = mgh，m是该物体的质量，g是重力加速度，h是它相对于地面的高度。物体的机械运动动能 = 0.5mv²，v是它的机械运动速度。固体或液体的热能Q = cmT，c是其比热，T是其本身的温度。

按人们最早的认识，质量是物质数量的度量。由于“物质既不能创生，也不能消灭”的哲学认识，人们早先认为物质的质量是个不变量（物理分割，其总量不变；化学反应中各成分的质量不变，总量为各分量之和）。那时，人们认为质量是物质的一个与运动状态无关的更本质的内在属性，质量不变或质量守恒被认定为物理学以至自然界的一个基本的客观规律或法则。同时，人们也发现，物质的能量虽然表现形式可以改变，但在一个封闭系统内却总是守恒的。因而，能量守恒也被认定为物理学以至自然界的一个基本的客观规律或法则。

但随着科技的发展，测量精度的提高，科学家发现，情况并非如此。例如，单元素物质由分子态改变成原子态时，不仅要输入分解能，体系的质量也有对应的增加；反之，由原子态改变为分子态时，体系放出结合能，其质量也有对应的减少。复合的化合物，输入分解能使它成为各个单体物质后（保持温度不变），总质量是增加的；如果单体合成为化合物时，需要输入结合能，则化合物的质量大于单体的质量之和。质子与电子结合成氢原子，会放出结合能，氢原子的质量实际上小于质子与电子质量之和。在上述现象中，都是电磁相互作用的问题。放射性物质裂变时，辐射能量，其蜕变物的质量小于放射性物质裂变前的质量；氢聚变为氦后，氦原子的质量小于四个氢原子的质量。这二种现象都是强相互作用的结果。这种种现象中质量的改变量与能量的输入或释放量都遵循：⊿E=⊿M×C^2，这一爱因斯坦质能公式的关系。而输入或释放的能量，无论是热能还是光辐射，都是电磁能，即光子。

对于爱因斯坦的相对论得出的质能公式：E = mC²（或⊿E=⊿M×C²），物理学界各种各样的荒谬说法就出来了。有的说：质量与能量可以互相转化；加速运动可以产生物质；真空涨落可以产生物质和能量；宇宙中除了可能存在暗物质外还可能存在暗能量，等等等等。但是，我认为质能关系式只是表明了：1，质量与能量这二个物质的属性具有内在的严格的联系，具有数学上的对应关系；2，无形的、无静止质量的物质——场物质（如光子——电磁波，引力子——引力波，胶子）也是自然界客观存在的物质，它们都有能量及对应的动质量。而有形的、有静止质量的物质与场物质能相互转化（例如，光子在一定的条件下也可转化为正负电子对或正负质子对。反之，正负粒子对湮没而成为光子。）。有形的、有静止质量的物质与场物质之间的相互转化遵循质能关系式这一严格的数学关系；3，质量守恒和能量守恒具有内在的一致性。质量改变时，一定有对应的能量的改变；能量改变时，一定有对应的质量改变。这二种改变永远是同时发生的，遵循着严格的数学关系。

另外，根据物理定义，质量有：惯性质量（M=F/a）、电磁质量、引力质量（F=-GMm/r²）等等。在核子的质量问题上，量子物理学家也发现，其质量不仅取决于引力相互作用，也取决于电磁相互作用和强相互作用。凡此种种，可以说明，不仅能量是与相互作用密切相关的物理量，质量也是与相互作用密切相关的物理量。如果宇宙中仅仅只有孤立的一个粒子（仅仅是一个假设！），就不存在相互作用、运动、能量和质量问题！然而，物质就是处于（或者说是存在于）彼此相互作用和运动之中，所以，运动、能量和质量都与相互作用有关，能量和质量都与运动有关，能量和质量相互关联就是非常合理的事情。

化学作用中结合能（或分解能）与质量的对应关系，表明了电磁相互作用对质量的影响，核反应则表明了强相互作用对质量的影响。因而说，惯性质量仅仅与引力相互作用相关，是不正确的。在机械运动中，特别是在地球范围的宏观现象中，惯性质量仅仅与引力质量等价，看来是正确的，因为在那里，宇宙对物体的引力作用明显地占支配地位。如果在磁星附近，是否还是这样，就很难讲０惯性质量仅仅与引力质量等价”，要在微观现象中，引力为次要作用的情况中去检验才行。

m = m₀（1 – v²/C²）^-1/2 表明了：1，有形的、有静止质量的物质的质量与运动的关系；这是质量与运动和能量相关性的又一表现；2，有形的、有静止质量的物质的运动速度不可能达到和超过真空光速。3，当其运动速度达到和超过相光速时，发生切仑可夫辐射，或者减速，或者蜕变。把人们对质量与能量的认识提高到这一高度，正是爱因斯坦相对论的伟大贡献！说“相对论宣称：物质粒子可以灭而转化成能量，粒子的能量又可转化为它的质量。“物质不灭——质量守恒”与“运动不灭——能量守恒”这两个物理科学中最基本的原理被一口否定，”是一些人对相对论的错误理解。有静止质量的物质转化为无静止质量的物质，或者反之，这正是物质和能量既不能创生，也不能消灭，只是不同的存在形式间的转化的生动表现。“任何既定的静止的任意小的粒子，只要以光速运动，其运动质量皆为无穷大１也是一种错误认识。一是物质以相光速运动（或超相光速运动）并发生切仑可夫辐射，或者减速，或者蜕变，是物理的真实现象，没有发生质量无穷大的事。其二，还没有见到过任何有静止质量的物质其运动速度达到真空光速的。我据相对论和量子论推算出真空光速为80万公里/秒。就是无静止质量的物质其运动速度也不可能超过此速度，一切相互作用的传递也不可能超过此速度的。

物质的存在形式就是在时空中的运动（包括演化），因而物质不灭与运动不灭应该是同一的，爱因斯坦的相对论揭示了这一点，应该是物理学的进步，是自然科学的发展。以错误的理解来非议它，攻击它，完全是错误的，也是毫无价值的。

就任何一个宇宙系统而言，其物质的质量和能量的总量总是有限的，在它的演化过程中其具有的时空也是有限的。我在我的著作《大爆炸形成多宇宙时空》中论述和推算了此。当然，可能存在许多个这样的宇宙体系（是否有无限个，无从认知）。因而，宇宙的无限也只是人们的一种哲学思维，就是物质无限可分割，也是人们的一种哲学思维，谁也无法看到这些无限，实证这些无限。但是，人类的天性就是要去进一步探索。爱因斯坦就是认识到我们所在所见的宇宙内不存在可以建立绝对静止坐标系的参照物，在电磁场理论的启示下，他以真空光速为定值，建立起了相对运动坐标系中的力学体系——狭义相对论。牛顿力学成为其低速近似。迄今为止，人类的科学实践表明理论的巨大成功。在牛顿时代，人们无意识地将物质的惯性质量与引力质量等同起来。事实上，这是二个不同的物理量。但爱因斯坦是自觉地将二者等同起来，他将引力在一个小局域内等价于惯性离心力，建立起了广义相对论。这个理论也获得了巨大的成功。爱因斯坦相对论揭示了，相对运动和引力（及转动）破坏了同时性，照例由此引伸开来，必然得出宇宙无法用单一时钟来描述的结论，应该得出宇宙是多度规时空的结果。而多度规时空的度作用使时空量子化、频谱化。由此，量子力学的物理根源可被认知，相对论和量子论的统一可以实现。可惜，爱因斯坦没有跨出他自己所打开的这扇门！