再谈物理学中物质（1）

   当前物理学出现了一些新问题，这些新问题难以用物理学中早已建立的的一些最

基本的概念和最基本的规律来进行解释，需要建立新的理论。在建立新的理论之前，

对物理学中早已存在的一些最基本的概念和最基本的规律，例如物质和质量以及质量

不守恒的规律、能量和动量（这两者是能动张量的分量）以及能动张量守恒定律等等，

深入进行钻研和分析，是有益处的。本文试图做一点这方面的工作。

物质概念及其有关的规律不仅是物理学上仍在继续深入研究的问题，也是哲学上

经常讨论的热门问题。哲学上对物质概念及其有关规律的理解同物理学上的理解存在

着一些差异。在物理学上，与物质有关的一些概念和规律，或者总是直接建立在实验

事实的基础上，或者虽然出自假设，但要求其推论必须通过实验验证；而在哲学上，

与物质有关的概念和规律，其建立往往可不强调要求具有实验基础或不强调要求通过

实验验证。本文对物质的讨论只限于物理学上所指的物质，不打算讨论哲学意义上的

物质。

在目前，物理学对物质，大致可以这样粗略地定义：物质是一切物理现象（如光

现象、热现象、基本粒子创生和湮灭现象等）和一切物理量（如惯性质量、动量、能

量、自旋、电量等）的载体（例如热现象的实质是分子的无规运动，热现象的载体是

一群分子，这一群分子显然是物质，又如基本粒子都有自旋，基本粒子是自旋的载

体，基本粒子显然也是物质，等等）；并且物质必定存在时空之内。

 凡是物质必具有质量、能量和动量，故常有人把物质看成是具有质量、能量和动

量的客观实体。但要注意，在不同的引力理论中，由于对质量、能量和动量的定义不

同，质量、能量和动量之间的关系也会随着有所不同。经典力学可用牛顿力学第二定

律定义质量m（ = F/a ),它表示一个点状物体的惯性大小，它也可大致表明一个物体

所含物质的多少。在牛顿力学中，每个物体的质量是个不变的常值。

在相对论力学中可把牛顿第二定律推广为：d(mcdx^u/ds)/ds = F^u [1]

( 其中P^u = mcdx^u/ds 为动量，ds/c = (1-v²/c²)^1/2 dt为固有时，F^u 为4维力）。

因而相对论中的质点质量要按照公式d(mcdx^u/ds)/ds = F^u 来确定。由于一群基本粒子

在相互作用时，往往可能出现‘湮灭’和‘创生’现象,使其质量m发生改变；只当质

量不改变时，d(mcdx^u/ds)/ds = F^u 化为mcd²x^u/ds² = F^u ，m才能理解为一个物体的惯

性大小或一个物体所含物质的多少。因此在相对论中，质量m只是标志物质的一个参

数，并不总可常常用来反映惯性大小或所含物质的多少。

希格斯粒子的发现和希格斯产生质量的机制被证实可以视为质量不守恒规律的实

验基础。