质量概念的形成和发展

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1、质量概念的形成和发展　　一、质量概念的形成　　“质量”一词来自拉丁文“Mass”——“masa”意思是指“原子的总和”，因为古希腊原子论者伊璧鸠鲁曾提出用原子的多少来度量物质。他指出“原子是物质的基本量度单位”。后来演变为（英文）mass（质量）一词。　　伽俐略具有静质量的概念，即物质含原子数量的多少。开普勒在1596年出版的《宇宙的秘密》一书中提出行星不应该看作是数学点，而应看作是物质的物体，它有一种内在阻抗能力，这种阻抗能力是由物体的体积及其密度决定的。开普勒认为密度是粒子或物质的疏密程度。我们看到开普勒对惯性已有认识。　　玻意耳在研

2、究空气的压强与体积的关系时也认为密度就是表示空气颗粒的疏密程度。　　1620年弗·培根在他的《新工具》中定义质量为“物体所含物质之量”。　　牛顿总结和分析了许多前人的研究资料，对运动进行了详细的研究。他在1684年10——11月写成的送交皇家学会的论文《论物体的运动》中对质量下了明确的定义：定义1“物质之量是由物质的密度和大小共同产生的”。后来，牛顿又进一步认识到，质量是物体自身的一种属性。1684年底和1685年春牛顿写《自然哲学的数学原理》（简称《原理》）时作了如下的定义：“物质的量就是综合它的密度和体积而得出的量”。牛顿还对此定义作

3、了一些说明，并说“我以后称之为物体或质量的。正是物质的这种量”。因此，一般认为牛顿《原理》的出版，才有了明晰的质量概念。　　二、质量定义　　牛顿在《论物体的运动》一文中定义质量时犯了循环论证的错误。因为他在该文的定义6中将密度定义为“物质之量和大小所占的空间的量之比”。但在以后，如《原理》中牛顿将密度的定义删去了。一般认为他受开普勒和波意耳的影响把密度看作是表示原始粒子数疏密程度的比质量更基本的量.可是牛顿在《原理》第三篇中又说“密度相同的物体”，“是指哪些其惯性与体积之比是相等的物体”。　　马赫首先对牛顿提出怀疑和批判。1867年马赫发

4、表了《关于质量的定义》，指出了牛顿质量定义所存在的循环论证问题。他提出了质量的操作定义：以两个物体相互作用时，它们获得的加速度的负比值作为它们质量的反比.这佯我们便可确定一个物体的（相对）质量。1876年麦克斯韦在马赫的基础上提出用一个确定的力先后作用在两个物体上用它们所获得的加速度的比值作为它们质量的反比.马赫和麦克斯韦定义的质量都是惯性质量。　　马赫的操作定义后来被布里奇曼等人发展为“操作论”，在美国产生了一定影响，它认为凡是不能用实验操作来定义的概念都是没有意义的。从而使这种操作定义走向了极端。　　除了牛顿和马赫的定义外，为了避免循

5、环论证有人还提出了另一种定义方法，这种定义认为力首先是人从肌肉用劲得到的感觉。就象人们感觉到物体的冷热而定义温度那样可以把力当作一个基本概念。等量的力作用于不同的物体时，将产生不同的加速度.我们可以把每一物体的惯性，即对于力的抵抗称为它的质量，即定义m＝F/α。　　牛顿在《原理》中定义的是物体的静质量，尽管他的关于质量的定义还存在一些问题，但必须肯定牛顿质量定义的积极作用。第一，牛顿首先使质量有了明晰的定义；第二，牛顿清楚地区分了质量和重量这两个不同的概念，这对以后的物理学发展起了很大的作用。　　三、质量的相对性　　从牛顿时代到以后的许多

6、年中人们一直认为质量是绝对不变的.在各种运动和变化中物体的质量是守恒的.1878年人们开始推测，由于磁场具有能量，使带电体运动比使不带电体运动应做更多的功，因为要提供一部分能量使其化为磁场能.所以同样速度的带电体比不带电体动能大，也就是说带电运动体的质量要比不带电的大。　　1898至19O0年间伦拉德测阴极射线的荷质比时，发现电子速度达到光速的三分之一时.荷质比随速度增大而减小，但实验的稳定性较差。　　1901年，W·考夫曼从镭辐射测β射线在电场和磁场中的偏转，发现电子的速度增大到接近光速时，它的质量急剧增加.从而打破了质量不变的结论.而

7、后人们便开始从理论上导出动质量m与静质量m0的关系，并从实验上设法去证实理论的正确性。　　1903年阿伯拉罕根据经典理论把电子看成刚性球.导出了下面的关系：　　　　1904年布雪莱导出的结果为：　　　　1904年洛仑兹把他的收缩假说用于电子，得出：　　　　1905年6月爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》，导出了如下的式子：　　　　　同年9月爱因斯坦发表了《物体的惯性同所含的能量有关吗？》这篇论文再次讨论了动质量与静质量的关系问题，得出与洛伦兹相同的结伦。　　1906年考夫曼指出他的实验结果与阿伯拉罕的公式和布雪莱的公式比较接近.而与洛仑兹

8、——爱因斯坦公式不相容，洛仑兹打算放弃自已的结论.而爱因斯坦却坚持认为自己的结论是正确的.普朗克对此很关注.他从测定值倒回去求电子的荷质比不是常数，他认为此结果说明考夫曼的实验结果对哪个理论都