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补缺新版:质量概念在牛顿力学与狭义相对论力学中之异同(1)

已有 3191 次阅读 2013-9-28 15:10 |个人分类:未分类|系统分类:论文交流| 牛顿力学, 4维时空, 惯性质量, 相对论力学

         质量概念在牛顿力学与狭义相对论力学中之异同(1

   

在物理学中质量是个重要的基本概念,无论在牛顿力学中还是在狭义相对论力学中,都离不开质量概念。可是,在这两种力学中,质量概念既有相同或相似之处,也有不同之处。例如,在牛顿力学中,质量包含有惯性质量、引力质量、以及物质之量的意义;而在狭义相对论力学中,一般来说,质量只具有惯性质量的意义,而不具有引力质量、以及物质之量的意义。又如,在牛顿力学中,物体的动量、能量表式中包含有惯性质量,在一定条件下,一个物理体系的动量守恒、能量守恒,并且一个物理体系的惯性质量也守恒;而在狭义相对论力学中,作为动量、能量之推广的能动张量表式中,也包含有惯性质量,并且也在一定条件下,一个物理体系的能动张量守恒,这是两种力学相似之处。可是,在牛顿力学中,存在惯性质量守恒定律,而在狭义相对论力学中,不存在惯性质量守恒定律,这是两种力学以及它们所涉及的惯性质量不相同之处。

如果对质量概念在牛顿力学与狭义相对论力学中之异同理解不深,往往易于把牛顿力学对质量的理解不合适地搬到狭义相对论中而造成概念的混淆和得出错误的理解。写作这篇博文的目的,就是企图通过比较深入和比较全面的讨论来解决这些问题。本文将分成几个专题来进行讨论,首先讨论牛顿力学中惯性质量不可变而狭义相对论力学中惯性质量可变的问题。

(一)、牛顿力学中质量不可变而狭义相对论力学中质量可变

  牛顿力学认为一个物体的质量不发生变化而是固定不变的,即dm/dt=0,这可以看作是实验事实,因为在牛顿力学适用的范围内,没有发现过dm/dt不为0。而在狭义相对论力学中,实验事实(例如原子核的裂变、聚变,基本粒子的创生和湮没等现象)和理论分析都表明:在一般情况下,一个物体的惯性质量是有可能改变的。下面我们来讲解这个问题。为了正确、深入和全面理解,需要使用数学;对狭义相对论和有关的数学知识了解不多的读者可参考最近出书的中文翻译的世界名著《场论(第八版)》[1]中的有关章节。

狭义相对论在实质上是4维时空的理论,我们将在4维时空中进行讨论。设一个可视为质点的物体(如一基本粒子)从(ct,x,y,z)点运动至





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