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(鉴于前几次帖子内容太长，今天节选后帖出)
对运动物体质量增加的解释（节选） （二）相对论质量观存在的主要问题 相对论坚持相对时空的观点，认为物体的运动速度没有绝对意义，因而物体的质量增加也就没有绝对意义，完全是时空变易的结果。这样，质量在相对论眼中已不完全是物质自身的一种属性，部分是观察效应的结果。这种“质量观”使得质量几乎成了一种捉摸不定的东西。在以光速运动的粒子上，这一点表现得尤为突出。 依照相对论质量增加公式M=M0/（1-V2/c2）1/2，当粒子以光速c运动时，如果粒子的静止质量不为0，则其运动质量将为无穷大；相反，只有粒子的静止质量为0，其运动质量才不至于为无穷大。我们知道，光子就是以光速运动的粒子，如果光子的静止质量不为0，则光子的运动质量将为无穷大。光子的运动质量显然不为无穷大，因此，相对论认为，光子的静止质量只能被看作是0。 但质量作为显示物质存在性的一种属性，在光子上竟然“退化”为0 ，这本身就是令人费解的。笔者认为：质量是物质存在性的根本体现，所有物质都具有质量。没有质量就没有物质（不能证明有该物质的存在）。反过来，只要物质存在，它必定具有质量。—种物质可以没有任何其它属性，但不能没有质量这种基本属性。具体到光子，只要我们相信光子是一种物质，就必须相信光子具有质量！ 重要的是，依照相对论的观点，承认光子的静止质量为0，还会出现矛盾。因为相对论质量增加公式是广泛适用的公式，它对运动物质的类型以及物质运动所处的环境没有任何限定，只要物质以相应的速度运动，就对应着相应的运动质量。具体到光子，不管是在真空中传播还是在介质中传播，不管它的速度是等于c还是小于c，相对论质量公式都适用。这样，依照相对论质量增加公式，如果光子的静止质量为0，只有当光子以光速常数c 运动时，其运动质量才不为0，在其它任何小于光速常数c 的速度下运动，其运动质量均为0。 我们知道，光只有在绝对真空中传播时，其速度才为c。但是理想的、绝对的真空是不存在的。即使在太空中，光的运动速度也不可能绝对等于c，通常都比c小。而最常见的情况是光在空气、水或玻璃等介质中的传播。在这些常见介质中，光的运动速度均小于光速常数c 。依照相对论质量增加公式，光子在这些介质中运动时其运动质量为0。这也就是说，通常情况下，光子的运动质量均为0。 相对论质能方程告诉我们，能量和质量是对应的，质量为0则能量也为0。如果说光子在空气等介质中传播时运动质量为0，意味着光子在其中传播时能量也为0。但是，我们能相信从空气、玻璃等介质中传过来的光的能量为0吗？显然不能。事实上，地球的能量主要来自于太阳，阳光要穿过大气层后才能到达地面，既然我们能感受到阳光的温暖，说明从空气中传播过来的光子具有能量。 由此可见，如果将相对论质量增加公式应用到光子身上，就会出现矛盾。这说明，要么是相对论质量增加公式本身不成立，要么是质量增加公式并不普遍适用，物体的质量增加有其自身内在的物理原因。 那么，光子的质量是否真的为零呢？为什么光子不能象其它粒子一样，具有质量呢？下面的讨论将使我们看到，如果光子具有质量，许多与质量有关的问题可以迎刃而解。 （三）光子的质量与运动电荷质量增加 我们知道，当物体受到光线照射温度升高时，物体的能量增加了。此时，严格说来，物体的质量也增加了，只不过这种变化非常小，用一般的方法难于测量出来罢了。对于这一点，爱因斯坦也是认同的，他曾在《物理学的进化》一书中明确作过论述。这样，我们或许能够达成共识，只要物体吸收光子，物体的质量就增加。 但物体吸收光子后，有时表现为内能的增加，有时表现为动能的增加。上面提到的物体受到光线照射后温度升高，实际上是物体内能的增加。既然当物体受到光的照射，在其内能增加的同时质量也增加，那么当物体吸收光子，光子的能量不是转变为物体的内能而是物体的动能时，物体的质量是否也会相应增加呢？或者反过来说，运动物体的质量增加是否也是因为吸收了光子的缘故？ 一直以来，用来验证质量增加的物质都是带电粒子。因为目前我们所拥有的能使物体加速到超高速的手段只有电磁场。不管是电场还是磁场，其能量本质都是电磁能量，也就是说其能量本质是光子。如果“只要物体吸收光子质量就增加”的观点成立，我们相信，导致这些运动电荷质量增加的原因不在于物体运动速度的增加，而在于物体在吸收光子能量的同时也吸收了光子的质量。物体吸收光子是物体质量增加的本质原因。物体的质量增加是物体吸收光子后的直接结果，速度增加只不过是物体吸收光子后的一种外在表现罢了。 在电磁场中，电荷之所以被加速，是因为受到了电磁能量的作用。由于电磁能量的本质是光子，因此，形象点说，电荷之所以被加速，就是受到了电磁场中光子的推动。电荷在吸收光子能量的同时，也结合了光子的质量。这就象空中的橡皮泥被一颗又一颗子弹连续击中会不断加速，同时因子弹留在橡皮泥中，橡皮泥团的质量会越来越大一样。电荷受到一个又一个光子的冲击而不断加速，同时，因光子留在电荷中，电荷的质量也越来越大。最终，运动电荷成了由电荷和众多光子组成的“组合团”粒子。这个“组合团”粒子的质量肯定要比原来电荷的质量大。 事实上，只要假设光子的质量不为零，并考虑光子对电荷的作用，即可导出运动电荷质量随速度增加而增大的公式。 大量的事实证明，光子的能量为mc2，其中m为光子的质量，c为光子的运动速度（暂时考虑光子以光速常数c运动）。光子的运动速度为c，故对应的动能为mc2/2。光子除了平动动能外，还具有振动能。光子的能量由平动动能和振动能这两部分组成。光子的平动动能是光子外部运动具有的能量，光子的振动能是由光子振动具有的能量。mc2中除去平动动能以外，剩余的能量则为光子的振动能，大小为mc2-mc2/2= mc2/2。 这里考虑的是光速为c时光子的能量，但光速并不永远为c，也常会有所变化。当光速变化时，光子的平动动能也相应变化。对光子能量变化的问题，我们将在光的多普勒频移这一章作专题讨论。这里，我们仍考虑光子的能量为mc2。 假设电荷在吸收光子前后满足： 1 ．质量和能量分别守恒； 2 ．振动方向动量守恒。 依据上述两项假设可很容易地导出电荷吸收光子前后质量变化关系式。具体推导如下： 设电荷吸收光子前质量为M0，吸收光子后质量为M；吸收光子前电荷静止，吸收光子后速度变为v。 由光子的振动能为mc2/2可知，光子的最大振动速度为c。只有振动速度最大时，对应的振动动能才代表着振动方向的全部能量。此时，依据振动方向动量守恒的假设有： mc = Mu （其中u为“组合团”粒子最大振动速度） 则u = mc/M (5-2) 依据质量守恒的假设有： m = M - M0 (5-3) 光子被电荷吸收后，其能量转化为组合团粒子的平动动能和振动能，依据能量守恒的假设，组合团粒子获得的平动动能与振动动能之和应与光子原有的能量相等，故： mc2=Mv2/2＋Mu2/2 (5-4) 上式实际上意味着光子有部分振动能量转化为“组合团”粒子的平动动能，因为振动方向应用动量守恒定律，说明光子振动方向的能量并没有全部转化为“组合团”粒子的振动能，多余的能量通过(5-4)式转化成了“组合团”粒子的平动动能。 将(5-2)式、(5-3)式代入(5-4)式并化简得： ＝ (5-5) 由此得到了电荷吸收光子前后的质量关系式。 对比（5-5）式和（5-1）式，就会发现，上述公式与相对论得出的质量增加公式完全一样。这说明，完全可以用吸收光子后质量增加的观点来解释运动电荷的质量增加，一切支持相对论质量增加公式的实验均支持我们导出的公式。 尽管我们推出的质量增加公式与相对论质量增加公式在形式上一样，但两者的含义却完全不同，它们的主要区别可以归纳为如下几点： １．相对论认为，运动物质的质量增加是由时空作用造成的。本文的分析和推导表明，运动电荷质量增加是由于吸收了光子的缘故。用电磁能量加速的物质，表面看来，加速前后，是物质的质量发生了变化。事实上，物质自身的质量并没有变化。加速前，物质和光子是分开的，此时的质量，仅仅是指被加速物质自身的质量；而加速后，物质和光子是结合在一起的，此时的质量实际上是物质和光子的共同质量。由于人们只注意到了被加速的物质，而忽视了光子的存在（或者说只看到了光子的能量而忽视了光子的质量），感觉似乎是加速前后物质的质量发生了变化。其实，物质的质量并没有变化，变化的只不过是质量的主体。如果非要把物质加速前的质量说成是物质的“静止质量”而把加速后物质的质量说成是“运动质量”，则一定要注意，质量的主体已经发生了变化。 ２．相对论认为其质量公式适用于所有运动物质。而本文推导的质量增加公式只适用于用电磁能量加速的物质，不一定适用于其它物质。除电磁能量外，宇宙间还有其它形式的能量（如引力场等），它们也可以用来加速物质。由于这些能量的基本单元不一定是光子，故用它们加速的物质，其质量增加情况未必符合用吸收光子这种观点推导出来的质量增加公式。 ３．相对论认为，光子的静止质量为零。本文的基本观点是：光子的质量是恒定不变的，其大小与光子的运动速度无关。对光子而言，并不存在静止质量和运动质量之分，这两种质量完全是一回事，相对论所说的运动质量其实就是光子的静止质量。如果把光子的质量人为地划分为静止质量和运动质量，然后再寻找其所谓的静止质量，必定是徒劳无益的。 4.相对论质量公式表明物质的质量增加与其运动速度是紧密联系的。本文的分析则表明，物体质量的增加与其运动速度的增加没有本质上的、必然的联系。在运动电荷的质量增加中，粒子质量的增加与其运动速度确实有着一定的对应关系，但这种联系不是必然的，同样也会出现物体的质量增加而速度不变的情况。从理论上讲，物体只要吸收光子，其质量必然增加。但物体吸收光子后，光子的能量并不一定转化为物体的动能（即转变为物体速度的增加）。物质的类型不同，吸收光子后，光能转化出的能量类型也不同。有时，光子的能量转化为物体的动能，如电子等带电粒子吸收光子后，速度会相应变化；有时，光子的能量转化为热能，如阳光照在物体上，物体因吸收光子温度升高，但其宏观速度无明显变化；有时，光子的能量会转化为化学能，如紫外线照在蛋白质上；有时，光子的能量会转变为生物能，如阳光照在绿色植物上。不论什么物质，只要它吸收了光子，不管光能转化为何种能量，物体的质量都增加。由此可见，物体吸收光子才是导致其质量增加的本质原因，只有当光子的能量转化为物体的动能时，物体的质量增加才与速度增加之间有相应的联系。 5.相对论认为物体的质量与速度之间存在着绝对的联系，不管这种速度是物体自身的运动速度还是与观察者之间的相对速度，物体的质量与速度之间的关系都严格服从相对论质量增加公式。该公式表明物体的质量增加是一种运动学效应。而本文的分析则表明，物体的质量增加是一种动力学效应，质量增加公式只表明物体受光子作用前后的质量变化关系，不表明物体的质量与速度之间一定有一一对应关系。特别需要说明的是，物体的质量不仅不会象相对论所预言的那样因观察者运动速度不同而不同，甚至与物体的“绝对运动速度”也没有必然的联系。相同的物体，速度高的，质量未必就大；速度低的，质量未必就小；即使速度相同，其质量也未必相同，如两个原本相同的物体如果温度不同，其质量也不一样。 6．相对论断言有静止质量的物体其运动速度不可能超过光速。而本文的分析则表明：用电磁能量加速的物体其速度确实不能超过光速，因为它们是靠光子推动的，其速度自然不可能超过光子本身的运动速度——光速。这就象用马拉车，车的速度不可能超过马的速度一样。但这种“不能超光速”与相对论所说的“不能超光速”含义是不同的。一是这种“不能超光速”是指被加速的物体其速度不可能超过用来加速该物体的光子的速度，而不是指不能超过光速常数c。若用来加速物体的光子速度本身就是超光速常数c（如引力场中光子的速度）的，则被加速的物体其速度也是有可能超过光速常数c的；二是如果用来加速物体的能量不是电磁能量而是其它形式的能量（如引力场能量等），物体的速度还是有可能超过光速c的；三是物体的运动速度与观察者的运动有关，当观察者运动时，观察者观察到的（表观）速度完全可以超光速。 |