质量问题 吕锦华 2009-4-6

（The problem about the mass）

关键词（Key Word）：惯性质量（The inertia mass）引力质量（The gravitational mass）

电磁质量（The electromagnetic mass）静止质量（The static inertia mass）

动质量（The dynamic inertia mass）结合能（The binding energy）

定域束缚态（The localized bound state）自由态（The free state）

有形物质（The tangible matter）无形物质（The intangible matter）

内容提要：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。但实际上，从原子核到原子、分子到宏观的物体（气体、液体或固体）和天体的引力质量中包含着电磁质量。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。所少的静止质量以结合能的形式转化为光子的电磁质量（热能也是电磁能）。也即部分静止质量转化为动质量。而电磁质量也具有引力效应。惯性质量是物质运动在外力作用下改变难易的一种物质属性。在微观量子行为中引力质量和惯性质量并不相等。在宏观现象中，在电磁场不强而又低速的情况下，引力质量和惯性质量等效是正确的。但在高速运动中及强电磁场中，引力质量和惯性质量是否等效还需验证。无形物质从自由态转化为定域束缚态时，它成为无形物质和有形物质（有静止质量的定域束缚态物质）的耦合体的一部分，它原来的动质量转而显示为静止质量，成为耦合体的静止质量的一部分；当它从耦合体中释放出来，从定域束缚态转化为自由态时，它又恢复显示为动质量，耦合体的静止质量则减少了相应的量。

Content Summary：The electromagnetic mass should be the static inertia mass ，which is the results of electromagnetic interplay 。The gravitational mass should be the static inertia mass ，which is the results of gravitational interplay 。 In fact，the gravitational mass of the atomic nucleus or the atoms ，the molecules or the macroscopic objects (gas，liquid or solid)， and the celestial bodies，all of which contain the electromagnetic mass。When the matter becomes a new superior one ，it must emit the binding energy，and the static inertia mass reduces，which transforms into the electromagnetic mass of the photons (the heat energy is also electromagnetic energy)。The parts of the static inertia mass transform the dynamic inertia mass 。The electromagnetic mass also show the effects of gravitation 。The inertia mass is the material attribute ，the movement of materiality can changes the level of difficulty under an external force 。The gravitational mass and the inertia mass are not equal in the microscopic quantum behavior。In macroscopic phenomenon，if the electromagnetic field is weaker and the movement is low speed ，the gravitational mass and the inertia mass are equivalent ，but in high speed movement and in strong electromagnetic field，the equivalence of gravitational mass and inertia mass needs must is being verified 。The intangible matter transforms into the parts of the system coupled by which with the tangible matter（i.e. the matter having the static inertia mass and at the localized bound state ），after it turns into the localized bound state from the free state , its original dynamic inertia mass transforms into the static inertia mass ，and becomes the parts of the static inertia mass of the coupled system 。When it was released from the coupled system ，and shows the dynamic inertia mass from the localized bound state into the free state ，the static inertia mass has reduced the correspondent quantity in the coupled system 。

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，而认为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，在静磁相互作用中称为磁荷，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，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。

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，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。

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。电磁质量和引力质量虽是不同的相互作用的产物，但它们对惯性质量都有贡献。而事实表明，具有电磁质量的物质也具有引力质量，并影响了引力质量。由于电荷量是量子化的，电磁质量就不可能是连续的，它必是量子化的。引力质量也应是量子化的。

静止质量就是静态的惯性质量，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。另外，还有交换力的影响。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，当然还有交换力的贡献，但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！似乎中性气体的静止质量该是净引力质量了。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。

现代物理告诉我们，夸克是微粒物质（有静止质量的有形物质），胶子是场物质（无静止质量的无形物质）。夸克u、d的静止质量都约330MeV/C² 。质子由uud通过胶子场耦合组成，可它的静止质量不是990 MeV/C²（还没计及胶子），而是938.27231 MeV/C²。因为，uud结合时，释放出了结合能。中子由ddu通过胶子场耦合组成，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这种结合能是以无形物质的光子（还有引力子）所携带。原子核除了氢外，都是由质子和中子结合而成（通过胶子场耦合）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（也是为光子所携带）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（光子耦合）。所以，它释放出的结合能（也是为光子所携带）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！二个氢原子由电磁耦合而成一个氢分子，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（也是电磁耦合），放出凝结能（热能也是光子能）；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（也是电磁耦合），放出凝固能；反之，则要给予熔化能，熔化能等于凝固能（热能也是光子能）。

上述情况说明：（1）过去人们把固体、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，这是一种错觉，一种表象的认识、近似的描述。实际上，微粒物质是离散的，它由场物质逐级地耦合起来，组成原子核、原子、分子以至物体，甚至星体！其中场物质占有的空间远大于微粒物质所占有的空间！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，它内部的微粒物质（有静止质量的有形物质）的数量并没增减，但其所处的能级进一步降低，它就要放出结合能，它的静止质量总比它处于低层次时的静止质量要少！ （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，它部分的静止质量就转化为场物质的动质量。单从有形的耦合体而言，不存在质量守恒和能量守恒。但加上所释放出去的场物质（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！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（在弱作用下，引力和电磁力统一）！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！（4）既然光子带走了部分引力质量，光子也应有引力效应（所以，引力场能使光子频率红移或兰移，即改变光子的能量）。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。 （5）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（物体从低速变为高速是外力给予了能量，这能量是对应动质量的无形物质所携带的）的动能比低速物体的要大，其惯性质量也大，引力质量也大。 （6）质量与能量相关：m = E/C² ，并非是质能转化。质量与能量虽是物质的不同属性，但都是其状态物理量，具有内在的数量对应关系，同质同能。质量与能量是随物质同步转移的。质量守恒与能量守恒同源于物质不灭：物质既不能创生，也不会消灭，只能改变其运动和存在状态。没有不具有质量或能量的物质，只有呈现不同形态的质量和能量的物质，也没有脱离物质而独立存在的质量或能量。“质量灭而转化为能量，能量灭而转化为质量。”是绝对错误的观点和说法０真空能量涨落，真空激发物质，给真空以能量就可激发出物质。”也是绝对错误的观点和说法０暗物质之外还有暗能量。” 也是绝对错误的观点和说法！

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，说灵魂是客观存在的物质，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。生命体本就是远离平衡态的耗散结构系统，它只有依靠与外界进行物质交换的新陈代谢才能生存，新陈代谢终止了，生命就完结了。

正负电子或正负质子（任何正反粒子）耦合，湮没而转化为γ光子，也就是有静止质量的有形物质转化为无静止质量的无形物质；在一定条件下，γ光子会转化为正反粒子对，也就是无静止质量的无形物质转化为有静止质量的有形物质。在这类转化中始终遵循质量守恒和能量守恒及动量守恒，其中无形物质的动质量等于有形物质的静止质量。

微粒物质可视为无形物质耦合而成的定域束缚态。从而，原来非定域的、自由态的无形物质的动质量在无形物质被定域束缚后，显示为静止质量；而在这种定域束缚态被解除后，静止质量被否定而又显示为动质量。物质每从低层次构成为高一个层次时，微粒物质被场物质逐级地耦合起来，其能级越来越低，可视为由于场物质越来越多地从耦合体中释放出去，由场物质构成的势阱越来越深之故。在耦合体中被定域束缚的场物质显示静止质量，从耦合体中转移出去，耦合体的静止质量就减少了。脱离了耦合体的场物质是非定域的、自由的，就显示为动质量。反之，将能量输入耦合体，就是场物质由非定域的、自由态转化为定域束缚态，其动质量又转化而为静止质量，耦合体的静止质量就增加了，由场物质构成的势阱越来越浅，微粒物质的能级越来越高，其处的物质形态就越低级。当势阱被完全填平时，物质从定域束缚态成为无束缚的自由态时，它就显示为动质量的无形物质。

我们可以看到：（1）微粒物质总是与场物质耦合在一起，它无法独立存在，而场物质却可以独立存在！所以，物质以定域束缚的有形态存在是有条件的，它与以非定域的、自由态的无形态存在是二种既对立又统一的物质存在方式。而静止质量和动质量只是物质存在方式不同时，其一种物理属性——质量的不同显示方式而已。 （2）质量和能量一样，是物质存在的状态物理量。因而，它们密切相关，具有严格的数量对应关系就是很正常的事了。从而，质量和能量一样，随物质的运动而改变也就很正常的了。当物体（微粒物质和场物质的耦合体）的运动速度达到真空光速时，微粒物质不再受势阱的束缚，它就只能是以非定域的、自由态的无形态存在了。也就是说，物质运动速度达到真空光速时，不可能以有静止质量的有形形态存在。换句话说，有静止质量的物体不可能以真空光速运动，只有无形的、自由的场物质才能以真空光速运动，这是必然的客观的物理规律。

物理学家引入了引力荷：（4πG）^1/2 M ,这是类似于电荷、磁荷的物理量，它是激发引力场的粒子或物体导致引力相互作用的物理属性，不是引力子的属性。我把引力子、光子、胶子看作宇称态不同的同种物质。在强相互作用下，三者合为色胶子，在弱作用去耦后，色胶子蜕化为引力子和光子。由于引力子波长太长、能量太小，我们还难以探测到，我们就只能看到光子，也看不见胶子（我们的探测器还深入不到弱作用耦合的距离之内）。

根据我的正交的多度规多宇宙时空理论，当前我们所见所在的宇宙尺度不小于138.59亿光年，所以至少本底引力子波长l _o =138.59亿光年 =1.31113×10²⁶ (米)，本底引力子能量不大于ε_o = h c/l _o =1.515088×10^-51 (焦耳)=0.9456×10^-32 eV 。其对应的温度不高于: T =36.06ε_o/π⁴k_B = 4.06235×10^-29 K 。显然，它远低于我们所见所在的宇宙的宇宙背景辐射温度！而根据我的正交的多度规多宇宙时空理论，这应该是我们所见所在的宇宙与多宇宙体系的中心黑洞相切处的光子帘的温度。这个温度我在《大爆炸形成多宇宙时空》一书中（P47）计算得：T_R = hC/2 k_BR_h =1.65×10^-29 K 。可见，二者在数量级上是一致的。

在地球表面引力子的最高频率 ν= C/l = 2.9979246×10⁸/6.37×10⁷ = 47(Hz)，其波长取地球半径6.37×10⁷米，属于甚长波段。其能量约：ε= hν= 3.1184×10^-32 J = 1.9463×10^-13 eV 。其对应的温度T = 8.36×10^-10 K 。显然，与地球表面的温度不符（差10¹²数量级）。这是因为地球不仅接受太阳光（电磁能）的辐射，而且有很厚的大气层，其温度不由引力子温度决定，而由电磁辐射决定。由此，在地球上测量引力波变得非常困难。

我注意到朱林先生（大庆油田有限责任公司高级工程师，1960年出生，1983年毕业于东北师范大学物理系，1984年—1985年在浙江大学物理系学习。）的博客文章《论万有引力和宇宙(加速)膨胀的共同机制》的“关于质量能量时间空间及其关系的新认识”（http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=15753）中关于本底引力子的分析。至少在三点上我与他的研究是一致的：1，宇宙的质量在减少；2，引力子与光子类同（光子有引力效应，参与引力作用；但引力子不是电磁横波，不参与电磁相互作用），其能量ε = hν ，与光子能量的计算式相同；3，我们所在所见的宇宙的本征引力子的波长、频率和能量值相近。（他的计算值是：本底引力子的波长为 l _o = h c/ε =1.0718×10²⁶ (米)，本底引力子能量 ε = hν_o=1.8533×10^-51 (焦耳)）不过我的理论说：我们所在所见的宇宙的物质正被多宇宙体系的中心黑洞所吞噬着，所以其质量在减少，并非是每个微粒物质的质量在减少。我还没全面了解朱林先生的研究。如果朱林先生的宇宙论仅建在微粒物质的质量衰减观上，那么，其宇宙终将无限膨胀而衰亡。而我的理论表明宇宙体系是会重生的。

在宏观条件下，检验电磁质量对引力质量的影响是很有必要的。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更有说服力。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。