為什麼引力質量和慣性質量完全相等 他們完全相等的本質是什麼?

時間 2021-05-14 13:59:17

1樓:炎夢

根據廣義相對論,引力場的本質就是有質量的物體所產生的空間彎曲,在引力場中靜止或者勻速運動的物體其實都是在彎曲空間中做勻加速運動,因此引力質量的本質就是在彎曲空間中表現出來的慣性質量。

當然,之後你還可以再問為什麼物質產生的空間彎曲和它的慣性質量等價或者說成正比……

2樓:青青子衿

目前不知道,自然界就是這樣的。

慣性質量和引力質量二者相等是乙個觀測事實。比如伽利略發現的單擺定律的隱含結論就是二者相等,後來,科學家厄缶做的扭秤實驗已經非常精確證明這一點,達到 9×10-13的精確度。

引力質量與慣性質量相等,在牛頓力學中是一種巧合,沒有重要意義; 愛因斯坦假設二者是一回事,作為廣義相對論的公理,那麼,也就說是公理就不能再追問了。其他所有結論都是從這個公理推出來的,再用來證明公理,就是【迴圈論證】了。

打個比喻:

我告訴你一塊幕布後面有兩個小孩,你看不到。假設你有個非常精確的天平,你稱它們兩個的體重,發現完全是一樣重,甚至精確到一根頭髮的質量也相等。

你會怎麼想?

你肯定會考慮:那有這麼巧?幕布後面絕對只有乙個小孩。

愛因斯坦也是這麼想的,他的名言是:上帝用巧合顯示他的存在。

他有很有名的思想實驗:

假如你在封閉的電梯內,如果電梯有每秒9.8公尺的加速度,那麼就和地球引力場一樣,你在電梯內做任何實驗都無法無法區分。

假如以後發現它們為什麼相等,那麼,就是引力的新理論出現,或者證明愛因斯坦的是對的。

微觀層面的粒子標準模型還還無法解釋引力,可能因為量子力學雖然應用很成功,但本身是不完備的。

3樓:張祥前

設想有乙個質點o相對於我們觀測者靜止,周圍空間中任意乙個空間幾何點p【我們把空間分割成許多小塊,每一小塊叫空間幾何點】在零時刻以光速度C【本文認為光速可以為向量,光速作為向量方向可以變化】從o點出發,沿某乙個方向運動,經歷了時間t,在t'時刻到達p所在的位置,讓點o處於直角座標系xyzo的原點,由o點指向p點的矢徑為R = C t = x i+ y j + z k

R是空間位置x,y,z的函式,隨x,y,z的變化而變化,記為:

R = R(x,y,z,)。

我們以 R = Ct中R的長度r為半徑作高斯球面s = 4πr【內接球體體積為4πr/3】包圍質點o。

注意,r和R雖然數量相等,但是二者是有區別的,r是幾何點的位移R長度的數量,是高斯面s的半徑。把運動空間看成是水流,R就是水流沿某乙個方向流動的長度,而r如同我們隨著水流測量的捲尺的刻度。

o點周圍的引力場A表示o點周圍在體積4πr/3內有n條幾何點的位移向量R = Ct,

A = k g n R /(4πr/3)

k為比例常數。 g為萬有引力常數。

而質點o的質量m就表示在高斯球面s = 4πr【內接球體體積為4πr/3】內,包含幾何點向量位移R = Ct的條數n和立體角度4π的比值。

m = 3 k n /4π

這樣,以上的引力場方程A = k g n R /(4πr/3) 可以寫為:

A = g m R /r

牛頓萬有引力定理指出,質點o周圍空間p處【由o指向p點的矢徑為R,o點到p點的距離,也就是向量R的數量為r】產生的引力場a = g m/r,向量式:A = g m R/r。

以上的引力場方程和牛頓力學重力場方程是吻合的。

以上引入的質量方程m = 3k n /4π中角度是常數4π,實際上角度可以是變數,在0和4π之間變化,n和m都可以是變數,質量方程仍然成立。

我們引入立體角Ω概念,把質量方程 m = 3k n /4π寫成普遍形式:

m = k n /Ω

相應的有比較普遍的引力場方程:

A = g m R /r = g k n R/Ωr

相應的高斯面為s = Ωr

牛頓力學認為,慣性質量反映了物體不容易被加速的程度,而引力質量反映了加速別的物體的能力。

在以上的o點相對於我們觀察者靜止情況下,附近p點有乙個質量為m』的o』點,受到o點的引力F的作用,會使o』點有乙個指向o點加速度- A,並且

F = - m』A

牛頓在沒有給出解釋的情況下,把式F = - m』A中的慣性質量m』和式F = - (g m m』/r)【R】中的引力質量m』等同起來,有了下式:

A = - (g m /r)【R】

r是R的數量,【R】沿R的單位向量。這個就是人們常說的慣性質量等價於引力質量。下面我們來給出證明。

在前面的重力場方程A= k g n R /(4πr/3)= k g n R/Ωr中,

由前面的時空方程R = Ct,將R對時間求導,結果是光速度C,如果光速是標量,再次對時間t求導結果是零。在統一場論中認為光速可以為向量,光速作為向量方向是可以變化的,再次求導結果不是零。

在這裡,我們考慮的是重力場方程A= k g n R/Ωr中R的方向變化,而R的數量r不變。

方程A= k g n R/Ωr可以寫為A= k g n R/r Ωr,我們在高斯面s = Ωr上適當的分割出一小塊面積d(Ωr) = ds,恰巧只有一條幾何點的向量位移R = Ct 垂直穿過,這樣n =1, 有方程:

A= k g dn R/ r d(Ωr)= k g dR / r d(Ωr)

A 【r d(Ωr)】= k g dR

a (r dS) = k g dR

上式中a為重力場A的數量,dS為向量面元,方向和R一致。

設R和向量面元dS與高斯面s =Ωr的角度為θ,我們這裡考慮的是R的方向變化,所以R和dS都是θ的函式,隨θ的變化而變化,這樣有方程:

a 【r dS(θ)】 = k g dR(θ)

將上式左邊的變數dS和右邊的變數R同時對變數θ求微分,結果為:

a 【r d(dS)】 = k g dR

上式也可以寫為:A = k g dR/ r d(ds) = k g dR/ r d(dΩr)

令dΩr = ds為向量面元dS的數量,dS的方向和R一致,我們其實現在考慮的是r為乙個固定值,在r的端點,也就是以上所說的空間p點,dR和dS之間相對應變化,這樣重力場方程為:

A = k g dR / r d(d s)

由於高斯面s =Ωr,時空方程中r= ct,所以

由A = kg dR / r d(dΩr)可以匯出A = k g dR /r dΩ ct = kg dR / r Ω c dt

由於這裡的立體角度Ω和r是固定量, k, g,c是常數。所以上式合併常數後,在p點處的幾何點的加速度dR / dt可以等價於這裡的重力場。這個表明慣性質量等價於引力質量。

4樓:

這個問題貌似是「物理大廈上的一朵烏雲」……

「等效原理」就基於慣性質量和引力質量相等。

(等效原理大致指的是:乙個遠離其他星系的宇宙空間中,乙個電梯向「上」以加速度g運動,和懸停在地球上沒動的電梯是等效的。或許不該說電梯是等效的,而是應該說電梯裡是等效的。)

真空光速c在目前的科技水平下,測出來都是一樣的,在這個基礎上有相對論……萬一以後發現光速不是定值……那麼物理大廈又要倒一次。

然後就目前的測量精度來看,慣性質量=引力質量。如果更精確的測量發現不等……相對論就要倒掉。(等效原理是廣義相對論的基本原理……)

如果再測下去,發現無論怎麼改變條件,提高精度,慣性質量和引力質量都相等……那麼現有的量子理論需要大改,因為現有的量子理論和等效原理或多或少和等效原理會有衝突。

學術界對慣性質量和引力質量的理論有很多,暫時沒有乙個受到廣泛認可和實驗證實。(主要是太難測了,地球上都精確到小數點後十幾位了,要搬到太空中才能提高精度,之後再嫌精度不夠,需要搬到星系邊界外呢……)

引力質量為什麼等於慣性質量?

木頭 我找了很多答案,但是感覺都沒有回答到點上,開始定義質量的時候,發現物體改變運動的難易程度和這個質量有關係,就定義了慣性質量,後來引力公式裡面,其實不就是發現了引力大小也和這個慣性質量有關,在引力公式裡面的質量本來就是慣性質量,要問引力質量為什麼等於慣性質量,不如問為什麼引力和慣性質量有關,如果...

有可能存在引力質量與慣性質量不相等的物質嗎?

Aoone 先說結論 有可能 而這個可能性就是愛因斯坦的質能公式引發的,根據這個公式動能是有質量的,我們很自然的會得出運動物體的引力質量會增加,尤其是速度高到會產生明顯引力效應的時候,但這裡面有個問題 速度是相對的,不同參考係都會認為是對方的引力增加了,這產生了明顯的事實矛盾 難道你往右以接近光速移...

為什麼要引入引力質量呢?

已登出 因為在F ma 和F Gm1 m2 r 2 中的兩個m,不必然一致 在沒有其他證據的情況下,你能說前式中的m一定與後式中的m相等麼?所以,並不是 引入 引力質量,而是引力質量和慣性質量本來就是兩個量,這兩個量不一致才是 正常 的,這兩個量一致才是 奇怪 的,需要解釋的。 周Bruce 克卜勒...