现代物理学基础的思考之三：质量概念的发展历程.doc
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2021-10-22
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质量概念的发展历程
第一章 质量概念的提出
1、经典力学中质量概念的提出
以牛顿第二定律所表现出的质量称为惯性质量。定义是给概念规定界限的判断，而定律
是几个概念之间彼此的本质联系，它所反映的是客观规律。牛顿第二定律正是这样的客观
规律，它所反映的是力、质量和加速度这三者之间的本质联系。实际上，人们所以能总结
出牛顿第二定律，就是因为人们预先就对力、质量和加速度这三个物理量的概念和测量方
法已经有所掌握，然后才能通过实验找出它们之间的内在联系．也就是说，质量的概念及
测量方法并非来源于第二定律，而是先于这个定律．第二定律建立过程的历史事实正是如
此，早在牛顿第二定律建立之前，人们（包括牛顿）已经用“物质之量”给质量下了定义，
并已凭经验知道了通过比较重量来量度质量的方法。牛顿在其著作中说：“物质的量是质的
量度，可由其密度与体积求出。”然而，质量没有定义之前又那来的密度？显然，牛顿这个
定义等于没有说。“物质的量”往往是指物质多少或物质数量一类的东西，由相对性原理的
制约，物质多少这样一个概念本身无法再进一步给以定义，物质的概念被认为是不说自明
的。正是这个原因，在牛顿力学中寻找不到“物质的量”与惯性质量之间的任何联系，使得
“物体所含物质越多，物体惯性越大”这条经验定律一直游离于物理学之外。也正是这个原
因，物理学上的质量除了牛顿定律所赋予它的意义外不再有别的意思，质量乃是阻挠速度
变化的量度。这又要回到用定律来定义质量上来，让人很不满意。
2、横向质量与纵向质量问题
1876 年美国的物理学家罗兰用实验一个静电荷当它快速转动起来后，对磁针产生影
响。在电子论出现以后人们由罗兰实验想到，既然带电体运动会产生磁场，因而使带电体
运动比让不带电体运动需要做更多的功，这就好像存在着某种和电荷的场连接在一起的“附
加惯性”。这种由于电磁作用而产生的“附加”质量称为电磁质量。约瑟夫 · 汤姆孙 在 1881 年
承认一个带电的物体比一个没有带电的物体更难加速，因此静电能量表现成某种电磁质量
增加了物体的机械质量。之后威廉 · 维恩 （1900）和 Max Abraham （1902）认为一个
物体的总共质量与它的电磁质量相同。因为电磁质量取决于电磁能量，维恩所提出的质能
关系是 。
George Frederick Charles Searle 和汤姆孙也指出，电磁质量随着物体的速度而增
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