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标  题: 白话相对论[6](转寄)(转载)
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年11月23日16:24:24 星期五), 转信

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发信人: xkz (ice), 信区: Physics
标  题: 白话相对论[6]
发信站: 武汉白云黄鹤站 (2001年06月01日15:35:48 星期五), 站内信件


质量
　　
　　在一般情况下，物体的质量不因静止或运动而有所变化。一个人在地上站着，质量
是60公斤，当他称上运动的火车，质量还是60公斤。这在低速世界当然是事实的。可是
当这个人乘上高速运动的飞船的时候，它的质量却不是60公斤了，而是比60公斤要多。
飞船的速度和光速越接近，人的质量变化就越显著。如果飞船速度达到光速，人的质量
将变成无限大。当然这是不可能达到的。这也说明，一般物体的速度不可能达到光速。

　　
　　现在我们进一步来讨论这一问题。
　　
　　设想我们要是某一惯性物体以某一确定的速度运动，这就必须将一定的力作用于该
物体。如果没有外力，比如摩擦力，来阻滞物体的运动，我们将能按需要来加速物体运
动的速度。我们发现，用一定大小的力加速不同物体的运动，使其达到所需要的运动速
度，就必须用不同的时间。
　　
　　为了排除摩擦力，我们设想，在宇宙空间由两个同样大的球体，一个用铅做成，另
一个用木做成。现在用同样的力作用于这两个球体，直到将它们的运动速度增加达到每
小时10公里。
　　
　　显然，将一定的力作用于铅球的时间，比作用于木球的时间要长些。铅球的质量比
木球的质量大。在恒力作用下，速度的加大是与时间成正比的。所以质量与加快一个惯
性物体运动速度所需时间有关。这就是说，质量同时兼有一定的比例，其比例系数有所
加的力而定。
　　
质量的增值
　　
　　质量是一切物体的重要的属性。我们习惯于永恒不变的物体质量，即物体的质量不
因物体运动速度的不同而不同。这同我们下面的结论是一致的：在一种恒力的持续作用
下，速度的增加与力作用于物体的时间长短成正比。
　　
　　这一结论是基于速度相加定理之上的。但是我们在前面已经正式，速度相加定理不
能在一切情况下都适用。
　　
　　比如说，我们用两秒的时间，对一个物体施加一定的力之后，将获得多大的速度呢
？我们通常使用普通的速度相加规则球物体的末速度，即把第一秒末的速度与物体在第
二秒获得的速度相加，以求得第二秒末的速度。
　　
　　我们可以这样继续不断的加下去，一直到使物体运动的速度接近光速。在这种情况
下，速度相加这一陈旧的定理就不再适用了。根据相对论的观点，速度相加定理在这种
情况下就无能为力了。如果继续运用这一陈旧定理，我们得到的速度就要比预想的速度
小。这就是说，在高速运动中，速度的加大不再同对物体加力的时间长短成正比。换句
话说，虽然以同样的时间将一定的力作用于物体，但是物体运动速度的加大率，要比在
低速运动中小。出现这种情况是很自然的，因为宇宙间存在一个最高速度。如果将恒力
作用于一个物体，当这个物体的运动速度在逐渐接近光速的过程中，它的运动速度加大
的比例就会越来越小。因为物体运动的速度永远也不能超过速度的最高极限，即光速。

　　
　　只要物体运动速度与物体外加力的时间是成正比例的增加，我们就可以认为，质量
与物体运动速度是无关的。但是，一旦物体运动速度接近光速，时间与速度的增加就失
去了比例，于是质量就变得与速度息息相关了。由于时间可以无限加长，而速度却不能
超越最高极限。由此我们发现，质量随速度的增加而增加，而且当物体运动速度达到光
速时，质量就成为无限大。
　　
　　计算结果表明：运动物体的质量随其长度的缩减而增加。这样，一列爱因斯坦火车
在以每秒24万公里的速度运行时，其质量要比它在静止时大10/6倍。
　　
　　很显然，与光速相比，我们日常接触的一般速度就显得微不足道了。所以在低速世
界里，我们可以不考虑质量在运动中的变化，也不必考虑物体运动速度与其体积之间的
关系。同样，也不必考虑两个事件发生之间的时间间隔同事件观察者的运动速度之间的
关系。
　　
　　质量与速度之间的关系，是根据相对论的理论推导二处。要观察和检验这两个之间
的关系，我们可以进行对电子的快速运动情况的观察实验。
　　
　　利用现代实验设备，是电子以接近光速的速度运动已是相当普通的事。在加速其中
，能将电子运动速度加大到仅仅比光速低美秒30公里。
　　
　　实验结果表明，现代物理学完全能够将处于高速运动中电子的质量同静止电子的质
量加以比较。实验也充分表明，质量与物体运动速度息息相关。这也是相对论阐明的客
观规律。
　　
　　物体质量的增值与作用与物体的理由密切的关系，而且有一定的比例关系。一切作
用与物体的力，以及任何物体能量的增值，都会使物体质量增加。这就是当物体被加热
时，其质量就比为加热时大的原因。这也就是当弹簧被压缩时，其质量就增加的原因。
但是质量变化同能量变化之间的比例系数是微乎其微的。例如：要使一个物体的质量增
加一克，就必须对该物体施加2500万千瓦小时的能量。
　　
　　这就是在一般物体情况下，物体质量的变化是非常微小的原因，即使是运用最精密
的仪器，也无法测量出来。如果将一吨水从零度加热到沸点，其质量大约会增大一百万
分之五克。
　　
　　在现代物理学中，我们也观察到质量的变化起着非常显著作用的现象。
　　
　　例如，当原子核相互碰撞后产生新的原子核的现象。又如，当一个锂原子与一个氢
原子相互碰撞，产生两个氦原子。再者一过程中，氦原子的重量比原物质的质量减少四
百分之一。
　　
　　前面已经提到，将一个物体的质量增加一克，必须对该物体施加2500万千瓦小时的
能量。因此，将一克锂和氢转变成氦需要的能量就比上面这个数字小400倍，即62500千
瓦小时。
　　
结束语
　　
　　相对论揭示了我们周围世界大量令人惊异的现象，而且精确而令人信服的大量实验
，使我们必须承认相对论的正确性。相对论揭示地大量现象，如果是粗略的观察，往往
会被忽视或者不易理解。
　　
　　相对论对人类通过实践经验积累起来的基本观念，带来了极其深远和根本的变化。

　　
　　那么，这是不是说，由于相对论的出现，以前长期发展起来的物理学理论，就像一
直旧鞋一样而被抛弃呢？
　　
　　如果是这样的话，那么，就没有必要从事科学研究了。新的理论必将不断出现，而
且不断改变旧的理论和旧的观念。
　　
　　设想，如果一位乘上一般火车的旅客，一上车就开始矫正他的时间，因为根据相对
论的理论，他的手表将比车站的时钟慢。这时，大家都会把他的做法当成笑柄。
　　
　　发动机设计家门是根据经典物理学的原理设计发动机，而且他们将继续这样做下去
。因为，如果他们根据相对论来改进发动机的设计，那么这种改进的效果，就想把一个
微生物放到发动机的飞轮上一样，丝毫改变不了发动机的性能。但是，研究高速运动的
电子物理学家，却必须时刻记住运动速度同质量变化的关系。
　　
　　相对论决不排斥和否定经典物理学建立起来的观念和理论，而是大大扩展了经典物
理学的领域。另一方面，相对论也规定了经典物理学理论和它建立起来的观念适用的范
围，从而避免了导致错误的危险。相对论诞生以前，物理学家所发现的自然规律根本没
有、也不可能被废弃，相对论只是明确地规定和限制了这些规律与用的范围。
　　
　　相对论物理学对经典物理学的校正，同高级大地测量学对基础大地测量学的校正大
体相同。前者认为地球是圆的，而后者则忽视了这一点。高级大地测量学是从垂直的相
对性出发。相对论物理学注意物体体积以及两个事件时间间隔的相对性，而经典物理学
不研究相对性这一概念。
　　
　　同高极大地测量学是在基础大地测量学的基础之上发展起来的一样，相对论物理学
是在经典物理学的基础上建立和发展起来的。
　　
　　如果我们假定地球半径是无限的，那么我们就能够从运用球面几何学的基本原理，
转而运用平面几何学的基本原理来测量地球表面的面积。这样，地球就不再是一个球体
，而是一片无限大的平面，那么垂直也成为绝对到了，三角形三个内角的和也恰恰等于
两个直角三角形。
　　
　　如果我们假定光速是无限的，也就是说，光的传播速度是瞬时的，那么在相对论物
理学中，也就会出现同样的变化。
　　
　　的确，如果光的传播是瞬时的，那么同时性这一概念就成为绝对的了，事件发生的
间隔和物体的体积也就成为绝对的，而不必考虑它的参照系。
　　
　　于是，如果认为光速是无限的，那么，我们就应该保留经典物理学建立起来的全部
观念。
　　
　　然而，企图将光速的极限性同旧的时空观混为一谈，就会使我们自己处于一种荒唐
滑稽的境地。这就如同一个明明知道地球是圆的，但他还是固执地坚持，只有在他的家
乡，垂直才是绝对的，从而不敢走出家乡一步，因为他害怕掉入浩瀚无涯的宇宙空间。
（完）
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