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一，运动物体表现出两种相反的特性 物体的质量是什么？这似乎是个不讲自明的问题，但是，就是这个在物理学中经常碰到的物理量，到底确切指的是什么，看来有充分的理由，说明至今人们对它还不十分清楚。 在牛顿力学里就存在着两种质量，一种称为惯性质量，即物体的运动加速度同质量成反比（a ∝ f /m），这里的m表示着物体运动的惰性。另一种称为引力质量，即物体的引力跟质量成正比（f ∝ m /rr），在这里，质量的大小意味着物体所具有的吸引力大小。这两种质量是不是一回事，人们曾为此做过不少实验，争论了几百年，到现在还定不下来。目前，一般的物理学家都认为这两种质量相等。 又比如，根据狭义相对论，光子的静止质量应等于零，但是，在许多场合却又不能把光子的质量当作零。于是只好把光子的质量分成静止质量、运动质量两种质量。但既然是以光速运动着的光子，哪里去找静止的光子，那么，这里所说的静止质量的确切意义是什么呢？ 另外，我们再看看物体运动时质量同引力之间的关系： 相对论指出，物体运动时质量随着速度增加而增加，1897年，德国的考夫曼利用测量电子荷质比的方法以实验证实了电子质量随运动速度增大而增大的现象。①如果我们确信万有引力是有效的话，那么物体运动速度增加时应该表现出对外吸引力增加的特性。可是恰恰与此相反，当物体运动速度增加时却表现出了对抗吸引力的特性。众所周知，射出的炮弹，其速度达到一定值时（第一宇宙速度7.9公里/秒）时,炮弹就能环绕地球飞行而不落到地面上来。当速度再增加时（第二宇宙速度11.2公里/秒），炮弹便可争脱地球引力而飞离地球。人们似乎认为这是由于物体受了离心力的作用，那么离心力怎么来的呢？又得根据平行四边形的法则把它凑出来。但是，确切一点说，这并不是解释了现象，而只是描述了现象本身。我们为什么不能认为物体的这种离心倾向是由于物体本身所具有的万有引力减少了呢！这些看来同万有引力定律矛盾的现象向人们表明：物体随着运动速度增大而增大的质量，肯定不同于造成万有引力的那种质量，因为它明显地表现出一种对抗万有引力的能力 。 正因为如此，我们才发现，物体原来所具有的对外吸引力减少了。物体运动状态改变时所表现出来的这两方面的特性（速度增大，吸引力减少；速度减少，吸引力增加），恰恰反映了运动物体内部排斥同吸引对立统一的过程，只有当人们把这两种对立因素放置在平等的地位综合起来考虑时，才会知道，牛顿万有引力定律里所说的质量和运动学里所说的质量，以及质能关系式中所说的质量，还有相对论质速关系式中所说的质量，这些虽然同为一个质量名称，但却是完全不同的质量概念，它们之间的关系将比我们以往在引力理论基础上所了解的关系要复杂得多。从以上一些例子看，要使各种物理理论统一起来，还必须重新审查物体“质量”的真实内容。即对目前还建立在引力基础上的质量定义进行更深入地考察。用恩格斯的话来说：就是全部重力论是奠基在这个说法上：“引力是物质的本质。这当然是不对的。凡是有引力的地方，它都由斥力来作为补充”。② 无论我们以往对质量的理解是如何评价的，有一点是必须指出的：物体运动状态的改变所表现出来的两种特性这一事实本身已经向人们揭示了一个重要的线索，运动物体在加速过程中，仿佛从外部吸收了某种实物粒子。这种微粒具有正的质量，然而却是具有着反吸引力（排斥）的特性。如果我们不愿把所谓的“力”理解成一个抽象的概念，那么“力”的真实内容就应该是这种微粒子的运动表现形式。由于“力”包含有机械力、电力、化学力等广泛的范畴，所以，我们所说的这种微粒也应该在这一切物理作用的范围内出现，当然，人们很容易把发生在各种作用范围内的“能量子”现象同这种微粒联系起来，我们称这种微粒子为“斥力子”。 这就是说，我们把普朗克提出的能量子h看作是一种具有对抗吸引力的超微实物粒子，而光辐射粒子正是由这些超微斥力子所参与组成。例如，能量为E =υh的辐射被看成是含有υ个斥力子构成的辐射粒子。所以，每个斥力子的能量h的量纲为尔格。这同普朗克常数h的原来的意义是不相同的，普朗克把辐射看成是波动，故普朗克常数h的量纲为尔格秒，尽管在数值上它们相等，但意义却完全不同。前者是从粒子论角度看问题，后者是从波动论角度看问题。 现在，我们改变了以往只把吸引看作是物质本质特性的片面观念，而是把具有排斥特性的斥力子同具有吸引特性的引力物质粒子都作为组成物体的实物微粒子。那么，它们的分散或组合将会在构成物体时出现引力质量、排斥质量、物质质量、参照系质量等一系列质量新概念。这就使物体的质量概念有了丰富的内容，把原来“质量”的狭窄概念大大扩充了，前面所举的一些例子中所说的许多使人模糊不清的质量内容将会变得清楚起来。 我们正是循着这一条思路来逐步分析研究物体在运动状态中各种质量之间的关系。 二，运动是组成物体的微粒数量发生了变化 如果我们认为运动物体质量的变化，是由于组成物体的内部微粒子数量发生了变化，而物体能量的变化也是由于微粒子数量发生了变化，那么我们当然会作如下假设： ⑴，普朗克能量子h是一种具有对抗引力的实物粒子——斥力子； ⑵，物体运动状态的变化是通过吸收或释放斥力子实现的。 在以上两条假设的基础上，我们来看物体运动中质量的变化。 设：物体都由引力物质和排斥物质两种物质构成，物体引力质量为mA，如果每个斥力子的质量为@，物体内所含的斥力子数nA，则排斥物质量mB = nA×@。当 mA > mB 时，物体对外显示出万有引力，我们把能对外显示万有引力的这一部分质量称为引力质量，所以m引＝mA－mB 。当物体相对地表参照系静止时，即V0＝0，这时物体相对参照系的惯性质量m0 即等于引力质量m引。当物体受外力作用，吸收斥力子作加速度运动，速度从V0 变成V1 ，物体由于吸收了部分斥力子，排斥质量从mB 变成mB 1 ，斥力子的增量就是排斥质量的增量，△m = mB 1 - mB 。 三，出现了四种物理质量 由于斥力子的排斥能是抵消物体原来的万有引力的，这样，物体在运动状态改变的过程中，同时出现了以下四种物理质量： 1，引力质量m引 ，这种质量应该能够表示物体对外吸引力的大小，所以只有在物体内部所含的引力物质量大于斥力子的物质量，内部的吸引力超过排斥力时，物体对外才具有万有引力，并表现出引力质量。我们现在所遇到的物体绝大部分都处于这个状态。引力质量同物体对外的引力能联系着，引力能的值为m引c2 。由于物体运动速度增加依靠吸收斥力子来实现，所以引力质量是随着物体运动速度的增加而减少，物体对外的万有引力能也随着物体运动速度增加而减少。这种减少并不是由于物体内部所含有的引力物质散失造成的，而是由于物体吸收了外来的具有排斥特性的斥力子抵消了部分引力物质的吸引能力。一个斥力子的排斥能h将抵消一份与之相对应的引力能。故引力质量m引 应该等于：  当 V=V0 = 0 时： m引＝m0 当 V=V1 > 0时： m引＝m0－△m 2，惯性质量m0 ：这是一个同参照系联系着的量，由所选择的惯性参照系确定。我们无论是谈论 V=V0 还是V=V1 时，都是相对某个确定的参照系而言的，实际是把V0 ＝0作为参照系的。所以，只要参照系一经确定，惯性质量m0也就确定了。很显然，当物体相对参照系静止时，惯性质量m0 应该等于引力质量m引 。只要所选择参照系不变，惯性质量m0就不会变化。物体惯性质量m0 的数值等于物体在所选择的惯性参照系中的引力质量。当物体相对原参照系以速度V=V1 ＞0 运动时，由于参照系没有改变，惯性质量仍为惯性质量m0 ，而这时的引力质量却小于惯性质量m0 所以，当V=V0 ＝0， 惯性质量m0 ＝引力质量m引 当 V=V1 ＞0 ， 引力质量m引 ＜ 惯性质量m0 3，能量质量△m ：这是由于物体速度变化时吸收的斥力子质量。自由态斥力子被物体吸收后就成为束缚态的斥力子，成为物体的附加质量。附加质量△m的数值应等于物体速度从V=V0 变化到V=V1时所吸收的相应数目斥力子质量的总和。速度的变化值越大，附加质量的值就越大。而且这种增加是叠加的，即无论是这种速度的变化是一次完成的，还是分几次完成的，结果都完全一样。 所以，当 V=V0 ＝0，△m ＝ 0 当 V=V1 ＞0 ， △m＝ 惯性质量m0 －引力质量m引 附加质量△m的这部分斥力子所联系的能量为附加质量△mC2 ，而且等于υ个斥力子能量h的和。即E＝△mC2＝υh ( h为每个斥力子的能量6.627×10--27 尔格） 必须指出，斥力子是对抗引力能的，若假定斥力子的能量定义为正值，则引力物质能量就为负值。故每当物体吸收一份斥力子时，物体内部的引力能就被相应抵消一份，而对外显示出来的万有引力也减少了一份。作为排斥和吸引作用的结果，物体在引力场原来位置上的平衡状态被破坏，物体要向新的平衡位置移动，就使物体增加了一个相应的移动速度。物体在单位时间内吸收的斥力子数量越多，则运动的速度变化也越大。正如恩格斯指出的：“一切运动都存在于吸引和排斥的相互作用中，然而运动只在每一个别的吸引被另一个地方的与之相当的排斥所抵消时才有可能发生。”③ 当物体吸收的斥力子质量等于物体的引力物质量时，这时在物体内部，排斥与吸引便达到平衡状态，物体不再具有万有引力那种对外吸引的作用能力，物体的运动速度也达到了极限值－－光速C。由此推论，一切以光速C运动的光子的引力质量为零。这时，物体已经失去了继续吸收斥力子的能力，而光速C就是物体运动速度的极限值。 当光子运动中受到阻挡（例如经过强引力场，空间斥力子物质密度较大区域），或者同其他空间粒子发生碰撞时，光子内部平衡状态将遭到破坏，光子又重新释放出部分束缚态斥力子而被减速。这时，引力质量将又重新显示出来。这过程有一系列现象：如光子自身产生的频率红移（引力红移，或者是康普顿现象的红移）；当光子能量足够大且碰撞剧烈时光子将衰变成其他粒子（如正负电子等）；或者发生裂变形成各种正反粒子，在这种裂变情况下，才能产生束缚态斥力子数多于引力物质（排斥力大于吸引力）的不稳定反粒子，反粒子的惯性质量是排斥质量，加速时需要释放斥力子。 在碰撞过程中从光子和其他运动粒子里释放出来的那部分斥力子在脱离了引力子的束缚后，由束缚态成为在宇宙空间高速运动的自由态斥力子，就象地球上的大气分子弥散在空间那样，它们的紊乱运动就形成了“热”。因此，谈到热，无论是分子、原子的运动，还是光子本身的运动，尽管它们同运动是如此紧密地联系着，但是都不能称为热。因为在这些运动物体内所含的斥力子都是处于束缚状态的，只有当这些运动物体互相间发生碰撞，使束缚态斥力子释放出来成为自由态斥力子运动时，“热”才真正地被显示出来。热是自由态斥力子运动的宏观表现。所以，热现象需要同时具备两个条件：运动的物体和物体间的碰撞。太阳光照到人身上，人感到热，这是由于光子撞击皮肤释放出自由态斥力子，这些斥力子作用于人的感官，人才会感到热。假如一束光从身边擦过射向无穷远处，人不会感到热。 “物质微粒作紊乱的运动就是热”，这句话说得并不错，但是还没有说到本质上，因为我们从这样的描述中找不到任何一点有关热的排斥原因。而只有当具有排斥特性的斥力子运动时，热才真正显露出了扮演一切排斥主角的才能。所以，恩格斯说：“热是一种分子运动，在科学上，这一发现是划时代的，但是，如果我除了说热是分子的某种位置变动之外再也不能说别的什么，那么我还是不如闭口不谈为妙”。④这句话的真正含义正是在这里。 处于内部排斥和吸引平衡状态的光子通过与弥散在宇空的斥力子和其他物质粒子的碰撞，就象子弹在空气中运行会减速那样，衰变成各种速度的运动粒子，这些粒子可以称作次光子，它们同原来的光子相比，仅仅是运动速度和频率变小了，又具有了引力质量。当然引力质量值的大小仍然由粒子内部的引力物质量和斥力子物质量来决定。 目前的物理学，包括狭义相对论，质量都是同引力联系在一起的，所以，相对论推出物体质量随运动速度增加而增加的结论，同时意味着物体的引力也在增加。斥力子理论恰恰与此相反，由于把引力质量同物质质量分开，所以推出物体的引力质量随速度增加而减少的结论。故宇空中这些高速粒子的物质质量虽然比起慢速的相同粒子要大，但是它们的引力质量却比慢速的相同粒子的引力质量的数值要小得多，是宇宙空间的微重量物质。除此之外，还有光子引力质量为零，是无重量物质；斥力子是反重力物质，虽然它的物质质量很微小，约等于7.378 ×10－４８克，可是数量大。以上三类物质构成了整个宇宙空间庞大数量的非重力暗物质，（即同宇宙间宏观天体相区别的空间弥散物质）。众所周知，现代天体物理学认为，宇宙空间90％以上的物质是非重子冷暗物质，如果按现代粒子物质和天体物理的理解，似乎所有的粒子都不能完满地理解成为暗物质的组分。因此，非重子冷暗物质究竟为何物就成为宇宙学、物理学中一个悬而未及决的问题。⑤显然，这个问题在引力论的物理框架内是无法解决的，在把光子静止质量看作0的“能量凝聚”理论中也是不能解决的，只有把排斥物质引入物质结构的理论，对物体“质量”，这个在物理学中一直是模糊不清的概念进行辩证分析后，将来才有可能逐步搞清暗物质的内部细节。宇宙空间的暗物质的衰变、演化是各种有重力的基本粒子的重要来源，基本粒子和暗物质一起相互作用，又通过一系列复杂的运动形式逐步凝成了星云。于是，一个宇宙内无限的物质循环又开始了一个新的阶段：从星体上射出的物质又重新成为了形成星体的物质。 4，相对总质量mt：所谓总质量，应该是指物体内所含的引力物质量和斥力子质量的总和，但是，这是绝对总质量的概念。人们对任何物质的认识都是在物质运动的相互作用过程中来认识的，人们观察到的量也只能是在物质运动的相互作用中所显示出来的相对量，而且实际上都是以地表的运动状态作参照系的。譬如，我们说地球上某物体具有质量m，这实际上指的是相对地表某点作参照系为静止状态时的引力质量，同时也是物体的静止质量。在斥力子理论中，它就是相对静止状态时物体的总质量和惯性质量。引力质量是由引力物质来表现的，那么是否就意味着这种相对静止状态（V0＝0）时，物体内部不含有斥力子呢？当然不是，因为物体还在随着地球在宇宙内运动，这表明除非是绝对静止的物体或者是绝对零度区空间的物体（这都是实际上不可能达到的情况），任何物体内都含有斥力子，排斥和吸引的矛盾在每一个物体内存在。因此V0＝0是一种同参照系联系着的相对状态，总质量 mt ＝m0 ＋△m 虽然也表示着引力物质量与斥力子质量之和，但却不是物体的绝对物质量，而是一个相对量。它表示物体相对参照系以速度V运动时所具有的斥力子质量和引力物质量的和，由于速度V是以（V0＝0）的参照系作起算点的，故相对总质量总是同确定的参照系作为起算点联系着。 还要指出的是，引力物质量同引力质量不是相同概念，引力物质量指物体内含有多少引力物质，而引力质量是物体对外能显示出引力来的引力物质量。当我们对参照系取V0＝0时，从参照系状态起算的引力物质量，也就是物体运动的惯性质量，它当然等于引力质量。一旦物体运动速度发生变化，则这两个质量就不相等了。 四，每种质量对应着一条物理定律 运动物体所显示出来的这四种质量的关系是： mt ＝m0 ＋△m m引＝m0 －△m 这样一来，从过去一种简单的质量概念，一下变成了四种质量，那么，如何来定义“质量”呢？只能从它们各自的特性去考虑：质量是物质在相互作用过程中所显示出来的物质量。这说明，质量是物质的量度，只要有物质，就有质量。不同性质的物质，有引力物质、斥力物质，在相互作用过程中，随着物体作用形式的不同，可以显示出不同特性的物质数量。就好象人口是人的量度，只要有人，就有人口量。人有男女之分，一群人总共多少人，男人有多少，女人有多少，其中可以没有男人或者没有女人，但是绝对不会没有人口量。没有人口量的人群不存在，同样，没有质量的物质也不存在。质量是表示物质存在多少的量，它不是物质的性质。一个有质量的物体，分割得再小，只要是物质，仍然具有质量。各种物理 “场”都是由运动的物质组成的，所以它也应该有质量，就象空气由运动的分子组成一样。运动的物体具有的四种质量在物体的运动中有着不同的特性，因此构成了物理学中的不同研究对象，并表现出了与它们相对应的四条物理定律。 在研究引力作用的万有引力定律中，是引力质量m引在起作用，该定律的描述应为：两个物体间的引力同各自的引力质量乘积成正比，同它们间的距离成反比。可是由于引力质量是随运动速度而变化的，所以，物体间的引力实际上还要随物体各自的运动速度而变化。设这个随速度而变化的函数为f(V) 则万有引力公式就成为：  这意味着，在牛顿的万有引力公式里，可以把引力常数理解成速度的函数。 在运动学里，牛顿第二定律研究的是惯性质量m0 ，可以这样描述：物体运动状态的变化同作用力成正比，而同物体的惯性质量成反比。 F＝m0 a 这是一个反映作用瞬间而物体运动变化即将开始的定律。物体从加速开始到向某个速度过渡，再达到该速度的动能，这是物体运动（起始、过程、结果）的三部曲，每一个环节都应有相应的计算公式。这些公式在牛顿运动学里早就完成了，可是使用公式的人是否都清楚了解到这点，可能不一定很多。 而在质能关系式里的质量，是指物体运动速度增加过程中所吸收的斥力子质量，是物体增加的附加质量△m，它既表示总质量的增加量（mt －m0），也可表示引力质量的减少量（m0－m引）。 △m＝（mt －m0）＝（m0－m引） 这不过是一个从排斥的角度看问题，一个是从吸引的角度看问题。 这么看来，物体运动的动能（排斥能）的增加是以物体内部静能（引力能）的减少为代价的，这两者数值必定相等，并且等于物体加速过程中所吸收的n个斥力子的总能量n h。 即：  所以，物体具有两种总能量，一种是物体的对外总能量，包括对外的引力能和物体运动的动能；另一种是物体所具有的全部能量，包括物体的内部不同物质结合能和对外总能量。 物体的对外总能量是不变的，动能和静能是两种不同性质的能，不能作简单的标量相加并增加原来的静能。 即： E对外 = m引c2 + mtV2/2 = m0 c2， 物体的总能量等于引力物质和斥力子的内部结合能加上物体对外总能量，即物体对外引力能及物体动能： E总=E内能+ E对外 = ( m 0 - m引)c2 + m引c2 +mtV2/2 这也可推论，整个宇宙的总能量是不变的。 至于质速关系式：  所描述的质量应该是相对总质量mt ，一般可简称总质量。物体总质量随运动速度增加而增加，但是否随速度趋近光速时，物体总质量会趋近无穷大，这是有疑问的，从接收到的宇宙射线看，许多粒子的运动速度都接近光速，但粒子都具有确定的质量；又如正负电子对和光子之间的相互转化现象也说明了实物粒子速度达到光速时总质量不可能趋于无穷大，反而却表明，实物粒子速度达到光速时总质量是静止质量的两倍。再有，从我们前面的斥力子假设来看，物体速度增加需要吸收斥力子，每吸收一份斥力子的排斥能，就要抵消物体内部与其相对应的一份引力能，当吸收的排斥能等于物体内部的引力能时，物体的内部引力能被全部抵消，物体对外不再具有万有引力，这时，物体的引力质量为0，而物体的总质量却等于静止质量的两倍。 有人认为，这样的分析同电子加速时质量的增加值不符。对于这一点需要指出，在确定高速运动的电子质量时，用荷质比方法确定的电子质量不是简单的总质量mt，因为直到目前为止，电荷值是个常数并没有经过证明，仅仅是人们的一种信念。1911年密立根利用直接测量油滴电荷方法精确测定了电荷值，在这个方法中，电荷是处于电场力和重力的相对平衡静止状态。⑥那么，当电子高速运动时，电荷值是否能保持不变呢？既然电子的质量可以随着运动速度的变化而改变，这说明电子内部排斥和吸引两种能量都要发生变化，而由这些物质构成的象征吸引特性的负电荷在加速运动中怎么可能绝对不变呢？（这当然不是物理的推论，而是哲学的推论）。所以，负电荷值也会同引力质量一样会减小。在这种情况下，用荷质比方法测定的电子质量就不是真实的质量了，而是同总质量和电荷值有关的一个函数值。 同样理由，由于电荷值随电子速度增加而变小，将会使目前物理实验中一直流行的测量带电粒子动量的方法完全失效。譬如，根据带电粒子在磁场中偏转的轨迹曲率来确定粒子动量的方法，用这种方法测定的粒子动量将比粒子的实际动量大得多。甚至可以说，随着带电粒子速度趋近光速，电荷值趋于0时，这个差值简直能达到荒谬的地步，这是由于磁场同带电粒子间的电磁作用减小而使轨迹曲率逐步消失的缘故。 物质运动中所表现出来的四种质量，决不是仅仅思维的结果，而是物质运动过程中本身所具有的现象。只是由于当时人们认识、实践的限制，同时还受到引力理论的长期束缚，人们的思维还紧锁在形而上学的牢笼之中，物质运动中的各种质量之间的关系被忽略了。只有当电子质量随速度而增加的理论被实验所证实，正负电子对与光子的相互转化现象被发现，还有质能关系的发现并证实后，排斥因素在物质运动中的作用才被一部分人重视起来，物质运动中各种内在因素变化的秘密正逐步随着科学研究的深入被揭示出来。那种过去被人们认为绝对的、一成不变的量现在变成相对的变化着的并为某种特定条件下才具有的量。正如列宁所说的：“物质正在消失。这句话的意思是说：迄今我们认识物质所达到的那个界限正在消失，我们的知识正在深化；那些从前以为是绝对的、不变的、原本的物质特性（不可入性、惯性、质量等等）正在消失，现在它们显现出是相对的、仅为物质的某些状态所特有的”。⑦ 列宁的这一教导对于自然科学工作者正确地认识物质运动中所显示出来的各种量之间的关系将有着十分重大的意义。1997.10 主要参考文献： ① 李醒民等主编 ：《思想领域中最高的音乐神韵－－科学发现个例分析》，湖南科学技术出版社 1988 136－139 ②③④ 恩格斯：《自然辩证法》1971 第204页 第48页 第212页 ⑤高崇寿等：《跨世纪天体物理学：向物理学基本原理挑战的一些问题》 科技政策与发展战略 1997-8 p8 ⑥ 申先甲等：《物理学史简编》 山东教育出版社 1985年p630 p628 ⑦ 列宁：《唯物主义和经验批判主义》1971 第260、261页） (责任编辑：admin) |