质量是什么？ 2009-3-25

质量是物质的一种物理属性，就象能量也是物质的一种物理属性，运动也是物质的一种物理属性一样。物质具有多种物理属性，不可能以其中一种属性来等同于物质本身！不可以能量的多少来说物质有多少，也不能以质量的多少来说物质有多少。把物质本原与物质的属性混为一谈，只能是物理概念认识的糊涂和无知，不是物理学的真知灼见！在哲学上，不能以一个事物的部分来等同其全部，更不能以其属性来等同其本原。犯了这样的错误，还说自己是坚持了辩证唯物主义，实在是滑天下之大稽，不以为耻，反以为荣，实在是既可笑又狂妄！

引力质量与惯性质量是二种不同性质的质量，前者是显示引力相互作用的特性的物质属性，后者是物质运动在外力作用下改变难易的一种物质属性。在牛顿及其之前的时代，人们将这二种质量混为一谈，一是把质量这种物质的一种属性与物质本身混为一谈，认为质量就是物质多少的度量，因而，引力质量与惯性质量都与物质多少相关，于是将二者等同起来就是很自然的了。二是在将天平或秤秤得的“质量”作为引力质量与惯性质量时，在低速运动中与物质多少很相符。但是，严格说来，天平或秤（杆秤和磅秤，不是弹簧秤——依靠重力和弹性形变平衡原理，它秤得的纯粹是物体的重量！）是依靠重力，利用杠杆平衡原理秤得的并不是真正的引力质量，因为它是从地球对物体的引力中扣除了月亮、太阳和其它天体对物体的引力以及物体的惯性离心力的综合结果。诚然，其中地球对物体的引力起着主要的作用。天平或秤在宇宙飞船舱中会因失重而失效（严格地讲，飞船只有在拉格朗日点才是完全失重的，其它地方可能处微重力态）。加速器中惯性质量随速度的增加而增加，已是实验验证了的，但引力质量是否同步增长，并未验证过！

一个物体（或物质）在与别的物体（或物质）相互作用时表现其作用力的强度与物体（或物质）本身的某一种特性成正相关，这种特性在引力相互作用中称为引力质量（引力荷），在静电相互作用中称为电荷量，在静磁相互作用中称为磁荷量，弱相互作用中称为弱荷，在强相互作用中称为强荷，又称色荷，因为强相互作用又称为色相互作用。从基本粒子的质量看来，其惯性质量主要由强相互作用和电磁相互作用决定的，而非引力相互作用。中子引力干涉实验表明：中子在引力场中的干涉行为与它的质量有关，这与爱因斯坦广义相对论之弱等效原理的论断：“质点在引力场中的行为与它的质量无关”不符！表明：在微观量子行为中引力质量和惯性质量并不相等！基本粒子的质量都是测定能量，再由质能关系得到的，这应是惯性质量！ 电子的荷质比实验（1897年的J.J.Thomson实验）：evB = mv²/r ，e/m = v/rB 。表明m 是惯性质量，而非引力质量！在宏观现象中，由于强、弱相互作用不起作用（它们只在核物质的短距内才起作用），只有引力、电磁力和度作用力起作用，度作用力主要对引力场、电磁场起量子化、频谱化作用。因此，在电中性和电磁场不太强的场合，引力起了决定性作用，从而，引力质量等同惯性质量就可以理解了。

在宏观条件下，检验电磁质量对引力质量的影响，一是将物体（不是微观粒子！）加以强电场（充至高电压）或强磁场（超强磁化），然后在屏蔽状态下用精密天平（防止天平被磁化或带电）测定其质量是否与未充电和磁化时相同？现代技术应能做这样的测定。其二，在真空室中，对充至高电压的物体加以电场，对超强磁化的物体加以磁场（去屏蔽！），与引力平衡，以判别其电磁质量是否改变引力质量？再在强电场或强磁场的架空（悬浮）下，给予横向电场或磁场，使之作无磨擦运动，以测定其惯性质量，与天平测量值比较。对于国内已在从事这方面实验的人，我很赞赏。当然，我也赞赏加热对物体质量影响（热量也是电磁能）的实验，但这种加热必需在绝热和密封的情况下进行，测量也必需在绝热和密封的情况下进行，否则实验结果很难说明问题。另外，不仅要用精密天平测量加热对物体质量影响的实验，还要仿照上述检验电磁影响的实验方法，测定对惯性质量的影响，才能最后说明问题。

“美国物理学家J.B.福斯勒利用2个原子干涉重力仪，找到了测量万有引力常数的新方法，测量精度可达百万分之一。他们将2个相同的原子干涉重力仪安装在不同的高度，在两者之间固定了重540千克的铅垂，铅垂对2个重力仪中原子所受的重力影响不同，由于增加铅垂的引力，上面的重力仪所受的重力很容易增加，下面的很容易减少，这样就可以获得仅来自于铅垂引力的差别。由于地球的引力不会影响这种差别，而与所处高度有关的地球引力作用可以通过多次重复实验消除。在这一过程中，铅垂的重量和位置的测定精度很高，因此，从该实验中计算万有引力常数相对容易。研究人员指出，虽然该实验测量G的精度达到了10万分之一，仍比要求的低20倍，但该实验证明这种方法可行。他们已经准备进行新的实验，新实验中对G 精度的测量将达到百万分之一。该科研成果发表在近期的美国《科学》杂志上。”

所以，最好是仿照这一实验方法，用一个装铅块可进行电加热的绝热容器代替铅垂，先不对其内的铅块加热，进行测量。后对铅块进行电加热，重作测量。这比用精密天平测量要有说服力。也可用莱顿瓶代替铅垂，先不对其内的高压电容器充电，进行测量。再对其内的高压电容器充电，重作测量。金属容器可屏蔽磁场，内装导电线圈和未磁化的铁芯。先不通电磁化，进行测量；再通电磁化，进行测量。用此检验引力质量和电磁质量（加热也是增加电磁质量）二者间关系，都是非常确切的。当然以此还不能检验惯性质量与引力质量的关系。

轻子（电子是其中之一）是色胶子的色电、色磁耦合的纽合物——色胶子凝聚态。中微子是补色胶子对色电、色磁耦合的纽合物（介子就是补色夸克对色电、色磁耦合的纽合物），它可能是呈杆状的，它虽是闭弦，但状似光子那样的开弦，因而能以光速运动，但仍不可避免地蜕变为光子。电子、μ子、τ子都是三色胶子耦合成无色闭环的色电、色磁耦合的纽合物（重子就是三色夸克耦合成无色闭环的色电、色磁耦合的纽合物），它们形为空心球体。贵州的姚斌先生在电传给我的《新义相对论》中，把中微子视为线粒子，把电子视为球面粒子，我认为这种形象化的描述应该是合理的。由于是由无形的色胶子耦合物，所以尽管因这种耦合使原本的“胶子气体”的对称性自发破缺，使之获得了静止质量甚至电荷量，但结构上似乎形状不太明确。例如，电子的散射实验表明，在其经典半径附近电荷成雾气状分布，并无确切的半径，而内部则是中空的。不象质子、中子那样，散射实验表明，具有确切的半径，而内部则也是中空的，但不象原子那样有个质量集中的核。我认为这是因为质子、中子是由有形物质（有静止质量）夸克耦合成的，夸克显得相当刚性，才使质子、中子显得象个“硬壳”中空球。既然，质子、中子（所有的重子、介子都这样）的惯性质量主要由强相互作用和电磁相互作用决定的。那么，电子（所有的轻子都这样）的惯性质量也主要由强相互作用和电磁相互作用（包括自旋效应）决定的。因为，色胶子间的相互作用是强相互作用，并非弱相互作用。因此，非电磁起源的 Poincaré 张力就是色胶子的色电、色磁耦合的强相互作用结构力。从而Poincaré等人的经典研究仍然具有唯象解的合理性。电子的惯性质量不能单单地归结为电磁相互作用，就是非常明确的了。

电磁质量和引力质量是不同的相互作用的产物，它们对惯性质量都有贡献，但事实表明，具有电磁质量的物质似乎也具有引力质量，并影响了引力质量。

现代物理告诉我们，夸克u、d的静止质量都约330MeV/C² 。质子由uud组成（还没计及胶子），可它的静止质量不是990 MeV/C²，而是938.27231 MeV/C²。因为，uud结合时，释放出了结合能。中子由ddu组成（也没计及胶子），可它的静止质量是939.56563 MeV/C²，比质子重些。这表明，中子释放出的结合能要比质子少些，它实际处于比质子能量稍高的亚稳态，而质子则处于基态。从而，自由质子是稳定的，而自由中子则会通过β衰变（弱相互作用）转变为质子，其平均寿命约887秒。中子、质子释放出的结合能主要是由强相互作用贡献的，其次才是电磁相互作用的贡献，引力相互作用和弱相互作用的贡献则更校原子核除了氢外，都是由质子和中子结合而成的，这种结合主要是强相互作用，它克服了核内质子间的电磁斥力，故放出的结合能主要是由强相互作用贡献的，它是相当大的。例如，氘核是由一个质子和一个中子结合而成的，它释放出的结合能约：2.2244 MeV；所以，它的核质量较一个质子和一个中子的静止质量之和小了2.2244 MeV/C²。氦核由二个质子和二个中子结合而成的，它释放出的结合能约：26.73 MeV；所以，它的核质量较二个质子和二个中子的静止质量之和小了26.73 MeV/C²。它比二个氘核释放出的结合能大得多,所以, 氦是远比氘稳定的元素。原子核与电子结合成原子，那主要靠的是电磁相互作用。所以，它释放出的结合能小得多。例如，氢核是质子，它与一个核外电子结合成原子，仅释放出13.59eV的结合能。所以，氢原子的静止质量仅比一个质子与一个电子的静止质量之和小了13.59eV/C²。所以，使氢原子电离（使质子和电子分离）需要的电离能仅需13.59eV/个。但要将氘核分离为一个质子和一个中子就需要2.2244 MeV/个，要困难十万多倍！二个氢原子结合而成一个氢分子，释放出的结合能约：4.5eV。分子中单键的化学能大致也就这么多，这表明靠化学反应获得的化学能要比核能小得多，这是电磁相互作用远小于强相互作用之故。物质从气态凝结成液体，放出凝结能；反之，则要给予气化能，气化能等于凝结能。物质从液态凝结成固体，放出凝固能；反之，则要给予熔化能，熔化能等于凝固能。这些也都是电磁质量与惯性质量的转化，都是有形物质与无形物质的转化问题。

所谓电磁质量应该是电磁相互作用导致的静止质量，引力质量应该是引力相互作用导致的静止质量。由于电荷量是量子化的，电磁质量就不可能连续的，也必是量子化的。但作为惯性质量，在微观世界，作为基本粒子，其静止质量主要是由强相互作用和电磁相互作用导致的，引力和弱相互作用的贡献倒是次要的。至于交换力的影响，还没全清楚。在原子和分子层面，从其结合和能量状态来看，其静止质量主要是由电磁相互作用和引力相互作用导致的，其中还有交换力的贡献，而且电磁相互作用的贡献最大。固体和液体内部仍然主要由电磁相互作用力结合的（范德瓦耳力也是电磁相互作用力），所以，其静止质量并非仅由引力相互作用导致的！看来中性气体的静止质量象是净引力质量。因为在平均自由程内，中性气体的分子除了引力作用，别无其它作用。然而，就中性气体的分子本身及其组分原子的静止质量而言，其还是包含了引力质量和电磁质量的。

上述情况说明：（1）以前所谓的“质量是物质多少的量度”的观念完全是人们主观的错误认识，与客观事实完全不符！物质每从一个低层次构成为高一个层次时，它就要放出结合能，它的静止质量总比构成它的低层次物质的总静止质量要少！ （2）物质每从低层次构成为高一个层次时，它放出的结合能，一般是光子（还有引力子）的能量形式。所以，物质每从一个低层次构成为高一个层次时，它的一部分有形物质就转化为无形物质，一部分有形物质的静止质量就转化为场物质的动质量。单从有形物质而言，物质每从一个低层次构成为高一个层次时，它的静止质量就会减少，不存在质量守恒和能量守恒。但加上所转化的场物质（无形物质），质量守恒和能量守恒才成立！ （3）由于原子核与电子结合成原子，原子结合成分子，以及分子构结成固体和液体，主要是电磁相互作用，放出的结合能作为光子，其能量是电磁能，其动质量是电磁质量。可见，电磁质量影响到了惯性质量和引力质量！ （4）高能态比较同物质的低能态，质量要大些。，无论是加热还是充电或充磁，都是增加电磁能，都会增加电磁质量，从而增加引力质量。高速运动物体的动能比低速物体的要大，其惯性质量也大，引力质量也大。 （5）既然光子带走了部分引力质量，光子也应有引力效应。正是光子既有引力又有膨胀光压这样的双重效应（而万有引力既有吸引，也有排斥——引潮力！），没为人们所注意，才使人们以为宇宙中还有什么暗物质和暗能量。 （6）就象人们把固体、液体，甚至分子间具有相当大的平均自由程的气体视为连续介质，这是一种近似的描述、表象的认识。实际上，微粒物质是离散的，它由场物质逐级地耦合起来，组成原子、分子以至物体，甚至星体！长期来人们所以为的惯性质量（包括静止质量）就是引力质量，也是一种表象的认识，一种错觉！从原子的质量到物体的质量，无不是电磁质量和引力质量的综合效应，人们长期来以为的引力质量中事实上包含着电磁质量。这也是为什么牛顿引力定律与静电库仑定律、静磁库仑定律是那么地相仿！这又一次表明人对物理世界的认识和哲学认识具有时代的局限性。辩证唯物主义和科学的态度就是要与时俱进，根据客观事实，抛弃旧认识，接受新观念！

有人称了人在死前和死后的重量，发现死后少了几克。相信灵魂客观存在的人，说灵魂是客观存在，其质量约有几克。但这仅是高能态比较同物质的低能态，质量要大些的一个实例而已。科学家现在利用动态核磁共振，已能部分地解读大脑思维内容与脑的动态电磁图象的对应关系，今后有可能完全解读大脑思维。所以，灵魂是不存在的，思维、意识和情感仅是大脑神经的电磁活动而已（化学也是电磁活动）。活人才有大脑神经的电磁活动，死了，这种活动就结束了。

“马赫的观点是，物体的运动不是绝对空间中的绝对运动，而是相对于宇宙中其他物质的相对运动，因而不仅速度是相对的，加速度也是相对的；在非惯性系中物体所受的惯性力不是“虚拟的”，而是一种引力的表现，是宇宙中其他物质对该物体的总作用；物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质作用的结果。”

我基本赞成马赫的上述观点，唯一的修正是：物体的惯性是物体对宇宙中其他物质对它作用反应的一种属性。事实上，物体的一切表现：运动、演化（包括蜕变）、质量、能量、动量（包括角动量）、对称性及其破裂，等等，都是物质（或物体）间相互作用的结果！

正是大爆炸后高温光子气体（胶子气体）的同位旋的对称自发破缺产生了具有静止质量的夸克；之后弱作用的去耦，高温光球宇宙的各向同性的对称自发破缺，CPT的镜面对称产生了正、反粒子（当然，还有中性粒子），其中包括轻子和强子（介子和重子），使它们都有了静止质量，有些还有了电荷量。希格斯理论是建立于“真空激发”这种思维上的，所以，其正确、合理性是成问题的。所以，我也认为，没有希格斯粒子及其对称自发破缺，粒子获得静止质量的机制问题仍然是可以解决的。