质量的两种定义，以及为什么只使用其中一种

不幸的是，在伴随空间，时间，能量，动量和质量的概念发生的科学革命过程中，爱因斯坦除其他外，给他留下了两种不同且相互矛盾的质量定义。 因此，我们所说的话和意思可以用两种截然不同的方式来解释。 而且，在物理学上没有直接的混乱。 专家确切地知道要解决的问题，并且他们知道如何进行预测和使用适当的方程式。 整个问题仅在于单词本身的含义。 但是言语很重要，特别是当我们与不是该领域专家的人们以及尚未完全理解方程式的学生谈论物理学时。

在我的文章中，“质量”是指物体的属性，有时也称为“不变质量”或“静止质量”。 对于我的粒子物理学同事来说，这只是一个很好的旧“质量”。 仅当您坚持引入第二个量（也要称为“质量”，通常称为“质量”）时，才使用“不变质量”或“静止质量”来澄清“质量”的含义。相对论的质量。” 粒子物理学专家完全不使用“相对论质量”的概念来避免这种混乱。


剩余质量比相对论质量好，因为第一质量是所有观察者都同意的属性。 对象没有很多这些属性。 以物体的速度为准：不同的观察者不同意速度。 车在这里-行驶多快？ 从您的角度来看，如果您站在道路上，可以说它以80 km / h的速度行驶。 从汽车驾驶员的角度来看，它不会移动，但会移动。 从一个人走向汽车的角度来看，它已经可以以150 km / h的速度行驶。 事实证明，速度是一个相对值。 询问机器的速度是没有意义的，因为您无法获得答案。 您应该问物体相对于特定观察者的速度是多少。 每个观察者都有进行此测量的权利，但是不同的观察者将获得不同的结果。 伽利略的相对论已经包含了这个想法。

对观察者的依赖适用于能量和动量。 它适用于相对论的大众。 这是因为相对论质量等于能量除以常数（即从²除以常数），因此，如果将质量定义为“相对论”，那么尽管每个人都会同意E =m，但不同的观察者不同意物体m的质量。 ² 。

但是其余的质量（我简称为“质量”）并不依赖于观察者，因此有时称为不变质量。 所有观察者都同意以这种方式定义的物体m的质量。 并且所有观察者都会同意，如果您相对于某个物体处于静止状态，则您测量的其能量将等于mc ² ，否则该能量将有很大的不同。 总计：根据我在文章中使用的质量定义，

•如果对象相对于观察者的速度为v = 0，则观察者将测量出该对象的E = mc ²和动量p = 0。
•相反，如果对象相对于观察者移动，则它将测量为E> mc ² ，并且动量也大于零（p> 0）。
•通常，E，p，m和v之间的关系由两个方程式给出：
ov = pc / E
Ø $$$E ^ 2-（pc）^ 2 =（mc ^ 2）^ 2$
•与前两个语句一致，因为如果p = 0，则v = 0且 $$$E_2 =（mc_2）_2$（因此，E = mc ² ），并且如果p> 0，则v> 0且（由于pc> 0）E应该大于mc ²

在另一篇文章中详细讨论了这些方程式及其图形表示。

我想让您理解粒子科学家使用这些方程式的原因，而不认为方程式E = mc ²总是正确的。 该方程式是指观察者不相对于物体移动的情况。 我将尝试通过提出一些问题来做到这一点，根据“质量”一词的含义选择，答案会相差很大。 这将有助于引起您对质量的两个相互竞争的定义中的大问题的注意，并解释为什么在粒子物理学中，独立于观察者进行质量工作要容易得多。

光，光子，质量粒子是否存在？

如果使用我对质量的定义，则不会。 光子是无质量的粒子，因此其速度始终等于通用速度限制c。 但是电子具有质量，因此其速度始终小于s。 所有电子的质量为0.000511 GeV / c ² 。

但是，如果您指的是相对论论者，那是的。 光子总是有能量，所以它总是有质量。 没有一个观察者会看到他无所事事。 它的零只是不变质量，也称为静止质量。 每个电子都有自己的质量，每个光子都有自己的质量。 根据该定义，具有相同能量的电子和光子将具有相同的质量。 一些光子将比某些电子具有更大的质量，而其他电子将比其他光子具有更大的质量。 更糟糕的是，对于一个观察者来说，某个电子的质量将大于某个光子的质量，对于另一个观察者，一切都可能相反！ 因此，相对论的大众导致混乱。

电子的质量真的大于原子核的质量吗？

如果您使用我对质量的定义，那么不会，永远不会。 所有观察者都会同意，电子的质量比组成原子核的质子或中子的质量小1800倍。

但是，如果用大众来表示相对论，那么答案将是：这取决于情况。 静止电子的质量较小。 一个非常快的电子有更多。 您甚至可以按照电子质量与所选原子核的质量完全一致的方式安排所有事物。 通常，我们只能说电子的剩余质量小于原子核的剩余质量。

中微子有质量吗？

用我的质量概念，直到1930年代首次提出中微子的概念之前，一直到1990年代，这个问题的答案都是未知的。 今天，我们（几乎可以肯定）知道中微子的质量。

但是如果用大众来表示相对论，那么答案将是：自然地，我们从“中微子”概念存在的第一天就知道了这一点。 所有中微子都有能量，因此像光子一样，它们也有质量。 唯一的问题是不变质量的存在。

所有相同类型的粒子（例如所有光子，所有电子，所有质子，所有μ子）是否具有相同的质量？

用我的大众观念，这个问题的答案将是肯定的。 所有相同类型的粒子都具有相同的质量。

但是，如果按质量来表示相对论，那么答案将是：很明显，没有。 以不同速度运动的两个电子具有不同的质量。 它们只有相同的不变质量。

旧的牛顿公式F = ma是否正确，且与质量，冲击力和加速度相关联？

当使用我的质量概念时，答案将是：否。 在相对论的爱因斯坦版本中，此公式已得到纠正。

但是，如果用大众来表示相对论，那么答案将是：这取决于情况。 如果向量的力和粒子运动是垂直的，则为是；否则为0。 否则，不会。

颗粒质量会随着速度和能量的增加而增加吗？

当使用我的质量概念时，答案将是：否。 参见上表。 不同的观察者可能会为粒子分配不同的能量，但是每个人都会同意其质量。

但是如果按质量来表示相对论，那么答案将是：是的。 不同的观察者可以为粒子分配不同的能量，因此可以分配不同的质量。 他们只同意不变的质量。

因此，至少我们看到了语言问题的存在。 如果我们没有确切指出我们使用的是哪种质量定义，那么对于最简单的物理学问题，我们将得到完全不同的答案。 不幸的是，在大多数非专业人士的书籍中，甚至在大学一年级的某些教科书中（！），作者都在这些术语之间来回切换而无需解释。 在我的读者中，最常见的困惑与以下事实有关：他们被告知两种有关质量的信息彼此矛盾：一种适合于静止的质量，另一种是相对论的。 一个单词用于两种不同的事物是非常糟糕的。

当然，这只是一种语言。 您可以使用该语言做任何事情。 定义和语义无关紧要。 当物理学家装备方程式时，语言就成为不完美的载体。 数学从不困惑，懂数学的人也不会困惑。

但是对于大多数人和初学者来说，这是一场噩梦。

怎么办 一种选择是坚持使用所有可能的术语。 但是正因为如此，这些解释将非常混乱。

•静止物体的能量=不变质量乘以c ² =相对论质量乘以c ²
•运动物体的质量=不变质量，如前所述，但是由于运动的能量，能量=相对论质量乘以s ²大于以前。

这太冗长了。 我的同事和我只是说：

•对于静止质量为m的物体，能量E为mc ² ，
•在运动的物体中，质量仍然等于m，并且能量E恰好大于运动能量mc ² 。

这种方法同样有意义，它使用了更少的不同概念和定义，避免了“质量”一词的两种冲突含义，其中一种不会随着运动而变化，另一种会随着变化而变化。

从语言学，语义学和概念的角度来看，有必要避免“相对论质量”的概念，并从“不变质量”和“静止质量”的定义中删除“不变”和“静止”一词，因为“相对论质量”是一个无用的概念。 这只是粒子能量的别称。 使用“相对论质量”的概念与坚持使用术语“红蓝色”相同。 如果我开始坚持使用“红蓝色”一词来描述葡萄干，那么您会反对：但是我们已经有一个关于这种颜色的词：洋红色。 他怎么了 您还可以说：“说葡萄干的颜色是一种蓝色是错误的，而且令人困惑。 我们可以得出结论，葡萄干的颜色有点像天空的颜色，但实际上它们是不同的。” 以相对相同的方式，相对论质量乘以c ²只是能量的另一个名字（为此我们已经有了一个合适的词），并且将能量描述为好像是一种质量手段，使读者感到困惑。

这就是为什么将能量称为质量形式不好的另一个原因。 在爱因斯坦方程中，空间和时间以与能量和动量相同的方式连接在一起。 您甚至还可以记住， 由于不时有物理定律的独立性和动量的缘故，因此节省了能量 -由于物理定律与地方的独立性。 因此，如果我们说质量为E / c ² ，那么p / c是什么？ 它一定意味着什么。 到底是什么 但是没人给这个名字起名字。 怎么了 因为“动量”是p和p / c的好名字，所以不需要该名称。 那么，为什么“能量”不适合E？ 为什么我们需要E / c ²的新名称？ 尤其是当您考虑在带有E和p的方程式中出现另一个量时：

$$

$$E ^ 2-（pc）^ 2 =（mc ^ 2）^ 2$$

右边的值显然不需要新名称，因为它显然既不是E也不是p-不会另存为E和p，但是它不依赖于观察者（与E和p！不同）。

“相对论性大众”的概念并不是从无到有，也不是出于某种愚蠢。 它是由爱因斯坦本人介绍的，并非徒劳，因为他处理的是物体系统的能量与该系统的质量之间的关系。 但是，尽管相对论质量的概念是由当时的其他著名物理学家传播和传播的，但爱因斯坦本人显然拒绝了这种思维方式，也没有白费。 现代粒子物理学专家社区也做过同样的事情。

在文章和研究中，我从不使用相对论性的物质。 我改用能量，因为对于一个粒子，相对论质量本身就是能量除以c ² 。 所谓“质量”，我总是指所有观察者在其上会聚的“不变质量”或“静止质量”。 无论电子移动多快，其质量始终为0.000511 GeV / c ² 。 任何电子的质量都小于原子核的质量。 空隙中的所有光子始终是无质量的。 无论其速度如何，希格斯粒子的质量均为125 GeV / c ² 。 粒子物理学专家使用这种语言和概念上的安排。 没必要，您可以做出其他选择。 但是这种方法使我们避免了许多实际的和概​​念性的问题，这些问题我在这里试图说明。