惯性质量与引力质量不是相近而是相等

三种情形下引力质量与惯性质量等价关系的探讨
苑新喜
【期刊名称】《现代物理》
【年(卷),期】2024(14)3
【摘要】从“狭义相对论意义上的静质量是引力源”这一论点出发,分别对三种情形探讨了引力质量与惯性质量这二者的等价关系。

第一种情形是微观世界的基本粒子,诸如电子和质子这些粒子的引力质量与惯性质量明显不等价,这主要由于它们自身的电磁质量;第二种情形是宏观世界的中性物体,这些物体的引力质量与惯性质量几乎相等,这主要由于原子核的结合能;最后一种情形是宇观世界中的恒星(如太阳),这些恒星的引力质量与惯性质量不等价,这主要因为它们自身的核燃烧。

对于宇宙整体而言,宇宙总的引力质量在不断减少而总的惯性质量却保持不变,宇宙加速膨胀在某种程度上可能与此有关。

【总页数】6页(P118-123)
【作者】苑新喜
【作者单位】中国地质大学(武汉)数学与物理学院武汉
【正文语种】中文
【中图分类】O31
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为什么惯性质量与引力质量肯定是相等的？ 牛顿的后人根据他的研究成果建立了惯性系和非惯性系两个不同的参考系。

引力场属于非惯性系。

结果，随着这两个参考系的建立就产生出了惯性质量和引力质量这两个不同的概念。

在F=ma中的m表示的是惯性质量。

在F=mg或F=GMm/r2中的m和M表示的是引力质量。

从此以后，惯性质量与引力质量是否相等就成了一个问题。

但直到爱因斯坦在他的研究中提出了惯性质量与引力质量相等的〔等效原理〕观点之后才引起人们的关注。

其实，根本就不用像爱因斯坦的研究那样麻烦，只要看看质量是怎样定义、测量和使用的就知道惯性质量与引力质量肯定就是同一个质量。

1. 质量单位是靠重力定义的。

最早对物质质量的基本单位定义是：1升〔1立方分米〕纯水在4摄氏度和1个大气压环境下的重量相当于1千克物质质量。

2. 力的单位是靠物质质量定义的。

让质量为1千克的物体产生1m/s2加速度的力就是1牛顿。

3. 重力又是从上述质量和力的单位中计算出来的。

用实物来解释这个过程就是：首先用纯水按上述方法规定了物质质量的基本单位千克。

然后以纯水的这个基本单位为标准制作一个质量为1千克的白金砝码。

接下来把这个白金砝码放在一个没有任何阻力的环境下给它施加一个力，让它产生出一个刚好为1米每平方秒的加速度，并规定这个力为1牛顿。

最后，把这个砝码放在天平上测量到它的重力是9.8牛顿，或按照重力加速度计算出重力F。

绕来绕去使用的砝码是同一个。

而且，在运算过程中使用的质量都是1千克。

根本就分不出惯性质量还是引力质量。

所以，用惯性质量和引力质量的思路去理解质量的做法是把简单事情给复杂化了。

其实，惯性质量和引力质量的说法就像手心和手背的说法差不多。

是对同一个东西从两种不同视角上的表达。

所以，它们不可能是不相等的。

惯性质量与引力质量物理作为一门自然科学，主要研究物质质量结构、物质的相互运动及其运动规律。

惯性质量与引力质量作为物理课程中的主要学习内容，通过分析可以发现，二者之间存在一定的关联性和等效性，本文将对惯性质量与引力质量的一些性质进行分析和研究，以供参考。

标签：惯性质量引力质量等效性前言惯性质量和引力质量是两种不同的物理概念。

据学者研究发现，二者之间既存在区别，也存在一定的联系，虽然从物理本性上来讲，引力和惯性是完全不同的两个概念，但针对二者的研究，依然成为了物理学者所关注的重点内容。

一、惯性质量和引力质量概述1.惯性质量从牛顿定律中可以发现，质量是用于衡量物体惯性的一种量度，大量实验曾表明，在同样的力度作用下，不同的物体所获得的加速度具有一定的差异性，这主要是由于受到了惯性质量的影响。

同时，物体所获得的加速度不同，不仅与其所受到的力度有关，同时也与物体自身的性质有关，部分物质可以维持其原有的运动形态，从而使物体之间的惯性存在差异[1]。

由此可见，惯性质量主要是指物体被看作质点时，其所产生惯性大小的一个量度。

在此过程中，只有实际物体进行平动时才可以被作为质点，因此也可以把惯性质量看成是物体在平動状态下的惯性大小量度表示。

2.引力质量引力的概念来源于万有引力，所有的物体都是引力场中的源泉，因此其也会受到引力场的作用，这在万有引力定律中得到了充分的体现。

如果说m1和m2可以分别用于表示两个物体所产生的引力场以及受力场，那其也可以被称为是物体各自的引力质量。

此时，我们用r来表示两个物体之间的距离，F表示作用于两个物体之间的万有引力，G作为一个常数，它的大小主要根据F、r以及m1和m2的单位或数值而决定。

根据万有引力定律可以发现，两个物体的引力质量mA和mB之间的比值，可以定义为其各自与另一个物体万有引力FA和FB的比值，并得出了公式mA∶mB=FA∶FB。

因此，利用测量引力的方法，可以通过对某一物体引力质量极其标准体的引力质量之间的比值，实现对它引力质量的测定。

论惯性质量与引力质量的等价性（李思奇应用物理）摘要：在物理学中，质量是表示物体的一种固有属性。

从物理史的发展来看，质量有两种不同的定义，即惯性质量和引力质量，但是从现有实验来看，两种质量在数值上成正比，即两种质量是一致的。

因此牛顿力学中并没有对惯性质量和引力质量进行严格的区分。

两种质量的等效性通常被称为伽利略等效原理或弱等效原理。

本文论述了两者在牛顿力学里的表现和出现的困难,进一步讨论了惯性质量和引力质量在爱因斯坦理论中的统一,最后提出二者的等效性需要等待广义相对论正确性的最终确认。

关键词：惯性质量，引力质量，相对论1引言质量有两种不同的定义，即惯性质量和引力质量.牛顿运动定律中的质量为惯性质量,它反映了物体具有保持其原来运动状态不变的属性,即惯性,惯性质量是物体惯性大小的量度,定义惯性质量时没有涉及物体间的引力。

万有引力定律中出现的质量,即引力质量,反映了物体吸引其他物体的能力也反映了感受其他物体吸引的能力。

2惯性质量根据牛顿第二定律:F=ma,同一物体获得的不同加速度与所受向应力的大小之间总存在如下的比例关系:F1 a1=F2a2=F3a3=……..F na n如果改用别的物体,依然有相似的比例关系,只是比例系数K的值不同。

牛顿第一定律指出,物体本身具有保持其原来运动状态不变的属性,即惯性。

实验证明,上述比例系数与物体的动状态和外力无关,也与物体的其他属性(如质料、硬度等等)无关,比例系数的不同数值,唯一反映了不同物体所具有的惯性大小的不同。

在外力相同的条件下,惯性大的物体不容易改变其运动状态,获得的加速度小,而惯性小的物体容易改变其运动状态,所获得的加速度大。

所以,相同的力作用于不同物体时产生不同的加速度,正是不同物体有不同惯性大小的表现。

为了定量地描述物体的惯性,需要引入一个物理量来量度物体惯性的大小,牛顿称之为“物质的量”,也称为“质量”,实际上应称为“惯性质量”。

惯性质量的量度可以人为规定为:各物体的质量和他们在相等大小的外力作用所获得加速度的大小成反比,即若力一定，则m=1 a ,如果以m1和m2分别表示两个物体的质量,以a1和a2分别表示他们在相同外力的作用下所获得的加速度的大小,则有:m1 m2=a2 a1若选定一个物体作为标准物体,规定它的质量单位,则另一个物体的质量就可以完全确定,同样地,还可以确定其他物体的质量大小。

引⼒质量和惯性质量是什么？它们为何相等？科学是永⽆⽌境的，它是⼀个永恒之谜。

——爱因斯坦惯性系的定义需要⼀个绝对静⽌的坐标系作为参考？在深邃的虚空中，如果把⼀块⽯头扔进太空，它会⼀直保持匀速直线运动，这就是惯性，⼀种只有外⼒（如引⼒）才能打破的状态。

但是惯性本⾝不是⼀种⼒，⽽是⼀个系统没有任何静⼒的状态。

另⼀种说法是：在不需要任何外⼒的情况下，物体可以保持恒定的速度。

否则，在保龄球⽐赛中，只要投球⼿⼀松开保龄球，球就会⽴即停⽌，想让球沿着球道移动并击中球瓶，投球⼿就需要不断地推动保龄球。

但事实并⾮如此。

正是当投球⼿移除了⼿给球施加的外⼒后，球才会沿着直线轨迹（除了⾃旋或摩擦的影响）匀速运动。

我们常见的静⽌状态其实是惯性的另⼀种形式。

但是，静⽌状态是相对的。

你坐在你家的门廊上，看着⼀个骑⾃⾏车的⼈以恒定的速度飞驰⽽过，她可以想象⾃⼰是静⽌的，⽽你是在向后移动。

只有环境让她意识到她才是那个移动的⼈，⽽不是坐在门廊上的你。

当我们进⾏物理实验时，不希望某个系统受到外⼒的影响。

这就是为什么⼀个稳定的地⽅，⽐如⼀个稳定的房间，或者⼀个稳定的实验室是理想的实验场所。

但实验室的空间以恒定速度运动也是可以的，因为这种运动是相对的。

我们称任何相对于静⽌状态匀速运动的物体为惯性系。

根据⽜顿第⼀运动定律，惯性系没有合⼒，因此处于平衡状态。

现在你可能会想，静⽌状态的参考系在哪⾥？因为地球在转动，⼀个“固定”的实验室并不是静⽌的，⽽地球上所有的物体都在运动。

为了简单起见，我们称它们为“静⽌状态”，但实际上它们受到了不平衡⼒的作⽤，导致其随地球表⾯旋转。

那么，我们⽤来定义惯性系的真正的静⽌框架在哪⾥呢？⽜顿也认识到了这个问题，所有的天体都在运动，那静⽌的东西在哪⾥？因此，他定义了⼀个被称为“绝对空间”的假想框架来衡量惯性系。

经典⽜顿物理学对绝对空间的需求可以通过⼀个简单的思想实验来理解。

现在想象⼀下，你坐在旋转⽊马上，看着风景从⾝边经过。

引力质量和惯性质量文：Steve William(美)译：冰棒汽水目前，惯性质量和引力质量相等已被大多数认同，实验也已经在很高的精确度下证明了这一点：从牛顿时代的精确度为10^-3发展到1922年爱德维斯提高到3×10^-9 到1964年狄克把精确度提高到（1.3±1.0）×10^11．1971年，勃莱根许和佩诺又将实验的精确度提高到10^12数量级．所有这些实验，统统均证实了惯性质量和引力质量相等．首先说明，惯性质量和引力质量相等是指引力质量与惯性质量严格成正比，我们把比例系数规定为1，调整万有引力系数，就是所谓的惯性质量和引力质量相等，因此命题“惯性质量和引力质量相等”与命题“惯性质量和引力质量成正比”等价。

引力质量与惯性质量相等，在牛顿力学中是一种巧合，没有重要意义。

牛顿力学认为：惯性是物体抵抗外力改变其机械运动状态的本领，引力场的源泉是物体产生引力场的本领，这是物体两种完全不同的属性，绝不能混为一谈。

只是由于它们之间存在着严格的正比关系，我们可以将物体的引力质量作为它的惯性的量度。

”然而，两个严格成正比的两个量不可能是毫无干系的，上帝不可能把巧合设计得如此完美。

从科学的角度上来说，无关量严格成正比的概率是零。

爱因斯坦建立的广义相对论指出，物体的惯性和引力性质产生于同一来源．在广义相对论里，指出有一些参量一方面表现为物体的惯性，另一方面又自然而然地表现为引力场的源泉．目前普遍认为物体的两种不同属性——惯性和引力性质，是它的同一本质的不同方面的表现。

也就是说，物体的惯性和引力性质导源于物体的同一本质。

爱因斯坦把这两种质量的等同作为他建立广义相对论的出发点。

现代物理学认为，这两者的等同决非偶然，其中包含着深刻的物理意义。

我们要分析这个问题，首先要知道什么是惯性质量，什么是引力质量。

我们人类的感知是分不清引力质量和惯性质量的。

我们知道举着大石头和小石块费力程度是不同的，但我们也能体会到拉动满载货物的车和空车要使不同的劲。

2019.05科学技术创新-47-对引力质量和惯性质量的探析及思考王帜南(重庆实验外国语学校，重庆400052)摘要：质量是物理学中的七大物理量其中之一。

质量既能表示物体所包含物质的多少，又能表示物体惯性的大小，同时也能表示物体之间万有引力的大小，所以质量能从多个角度表现出物体不同的性质。

本文主要探析引力质量和惯性质量之间的联系与区别，以及爱因斯坦相对论引发的思考。

关键词：引力质量；惯性质量；相对论中图分类号:0314,0532+.13文献标识码：A1引力质量在我们所学物理课本中,质量是物质的一个基本属性,指物体所含物质的多少。

想要测一个物体的质量,需要用到天平。

天平是利用杠杆原理和等效替代的方法来称量质量，在这一过程中物体所受的重力是避免不了的，即物体受地球的引力的一个分力。

在太空中，圆周运动的向心力全部是由万有引力来提供的，物体没有了竖直向下的重力，这个时候天平也就失去了作用。

所以，天平能够测出物体的质量的前提是物体收到重力的作用。

通过万有引力定律F=G響我们也能看出，物体受到地球的引力F的大小和物体的质量m成正比。

而这里的质量，反映的是物体所包含的物质的多少；也就是说物体的质量越大，包含的物质越多，这些物质受到地球的万有引力就越大。

所以我们把万有引力定律F=G嶋中物体的质量m.叫做引力质量。

文章编号:2096-4390(2019)05-0047-022惯性质量在我们初中的物理学习中了解了“惯性”，惯性其实在我们的生活中很常见，例如紧急刹车时,人会向前倾。

当汽车突然刹车时.人的脚会随着车一起减速.上身却因为惯性,保持原来的运动状态从而向前倾。

在牛顿运动三大定律里，惯性定律是第一定律，而惯性的一个量化则是第二定律，所以惯性在牛顿力学里至关重要。

根据牛顿第一定律可知，任何物体都必须保持一致的线性运动或静态状态，直到力迫使它改变其运动状态。

物体要保持匀速直线运动或者静止的这种状态特性就叫做惯性。

而物体的质量又决定了物体的转动惯量的大小，所以我们说质量是影响物体惯性大小的唯一物理量。

导读：引力和惯性之间的关系，我们予以重视。

就像爱因斯坦相信，引力质量和惯性质量严格相等绝对不是偶然。

那么物体具有惯性，到底是如何产生的，一直以来这个问题，没有得到解决。

教科书的通用解释是惯性是物体的固有属性。

当一个学生问为什么会有这个属性呢？老师说就是这么规定。

你就这样学就行了。

那么惯性与引力的关系，是如何的呢？灵遁者从相对论，马赫原理等知识出发，得到引力是惯性的源泉这一认识。

希望大家去思考这个问题。

惯性问题是物理学的基石问题，物理大厦是否坚固可靠，与此问题息息相关。

引力与惯性内容如下：惯性和引力被我们认为是完全不同的两种物理属性，但是它们之间既然存在着普遍的、严格的正比关系，是否有可能它们不过是物体同一本质在不同方面的表现呢？这一问题的回答是肯定的。

爱因斯坦建立的广义相对论指出，物体的惯性和引力性质产生于同一来源。

在广义相对论里，有一些参量一方面表现为物体的惯性，另一方面又自然而然地表现为引力场的源泉。

这个结论成功地经受了十分精确的实验检验。

这类实验经历了三百年的历史，直到目前尚在继续进行中．从牛顿时代的精确度为10-3发展到1922年爱德维斯提高到3×10-9。

到1964年狄克把精确度提高到（1.3±1.0）×10-11，1971年，勃莱根许和佩诺又将实验的精确度提高到10-12数量级。

所有这些实验，统统均证实了等于常数。

因此，目前普遍认为物体的两种不同属性——惯性和引力性质，是它的同一本质的不同方面的表现。

也就是说，物体的惯性和引力性质导源于物体的同一本质。

爱因斯坦就曾把这两种质量的等同作为他建立广义相对论的出发点。

故从现代物理学看来，这两者的等同决非偶然，其中包含着深刻的物理意义。

那就很显然了，困扰众多物理学家的问题是这两者究竟有什么深刻的物理意义？答案是：引力是惯性的源泉！！该如何解释这句话呢？无论是哲学还是物理都必须“精确”的解释。

上面我们讨论了惯性系。