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質量是什麼,從何而來?質量、重量、引力,並不是一回事

光速為每秒299792458米,代表了宇宙系統內部運動的最快速度,任何有質量的物體都無法超越光速。

我們很容易就會將這裡所說的「質量」誤以為是「重量」,但其實質量和重量並不是一回事。

在日常生活中,我們所說的一斤、一兩、一克其實是指物體所具有的重量,當我們站在體重秤上的時候,屏幕所顯示出來的數字就是我們所擁有的重量,這個重量並不是一成不變的,我們在不同的地方所得出的體重數據其實是不一樣的。你可以攜帶體重秤前往格陵蘭島,之後再去往印度尼西亞,你會發現在印度尼西亞所測得的體重數據比在格陵蘭島要少0.5公斤左右。

格陵蘭島與印度尼西亞所處的地理位置有什麼顯著特點呢?

格陵蘭島位於北極地區,而印度尼西亞則位於赤道,這兩個地點最大的差別在於地球自轉線速度的不同。

而線速度的差異會導致人體所受的向上的離心力出現差異,於是所測得的體重也就出現了差異。可見,重量所描述的其實是一種引力關係,是地球與人體相互引力作用的值。當引力減小或人體受到了與引力方向相反的作用力,重量便會出現變化。普通的秤只能測出重量,卻拿質量無能為力,而要測出物體的質量,最簡便的工具就是天平了。

那麼質量是什麼呢?

看看這個熟悉的公式E=mc2,這是愛因斯坦的質能方程,我們很容易從中看出,質量與能量是等效的,一個物體有多少質量,它就有多少能量,而能量是不會因為引力的變化而變化的,所以質量也不會。

但是請注意,質量只是與能量等效,但並不是說質量就等於能量,這二者仍然是兩回事。要理解什麼是質量,我們可以先來探究質量的來源,質量是如何產生的?我們可以將任一物體進行拆分,無論是山石,還是人體,最終都會拆解為基本粒子,因為一切物質都是由基本粒子所組成的。

而每一個基本粒子都具有質量,所以由基本粒子所組成的物質也自然就擁有了質量。但這並不是質量的全部。

光子是沒有質量的,所以由光子所組成的光也沒有質量,正是因為光沒有靜止質量,所以它才能夠跑出宇宙間最快的速度。

但光子並不是唯一沒有靜止質量的物質,還有一些粒子在理論上也被定義為靜止質量為零,但當這些粒子組合在一起之後,質量就隨之出現了。這是一件有趣的事,為什麼沒有質量的粒子會組合成為有質量的物質呢?因為基本粒子之間的相互作用關係也會導致質量的形成。

現在,讓我們來總結一下吧。物質的質量從本質上來說描述的是一個物質的量的多少,但物質量的多少又不是質量的全部,物質內部粒子間的相互作用關係也是質量的重要組成部分。

因為質量與能量是等效的,所以質量越大的物質,能量也就越大,而能量會導致時空的彎曲,時空彎曲就是廣義相對論中所描述的引力本質,所以質量越大的物體,其引力也就越大。當然,上面所提到的質量都是指物體的靜止質量,而當物體開始進行加速運動的時候,就會隨著速度的增加而產生慣性質量,加速度越快,慣性質量就越大,光沒有靜止質量,但同樣具有慣性質量。

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