第二十九章:运动的物体质量增大,时间变短,你的想象能跟上吗?
众所周知,爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论包含了高速运动物体的三大效应,即运动物体的长度变短、时间变慢、质量变大。其中,我们畅谈不休的就是运动物体的质量变大,它由著名的质速关系给出了物体质量与其运动速度的定量关系。
从质速关系所描述的状况来看,当物体的运动速度接近光速时,物体的质量将显著增大,甚至于趋向无穷大。照这样就会产生出类似于黑洞的星体。
随着现代高能粒子加速器等设备的研制和高能物理学的迅速发展,人们在实验室中将电子加速到0.9999倍光速的速度,按照质速关系电子质量的增幅却不到一倍,如果人们所做的实验没有错误的话,也就至少说明质速关系的量化是值得商榷的。
在实验室中观测到电子的质量的确随着运动速度的增大而增大,那么物体的这种由于运动而增大的质量是一种观测效应还是物理实质呢?
我们不妨这样来思考,假设运动物体的质量增大确实是物理实质,按照现有物理学对质量的定义,就会得出“运动能够产生物质”的结论。
早在1948年爱因斯坦在写给普朗克的一封信中提到,质速关系是不正确的,因为没有对其中的质量做出定义。而按照现有的引力质量和惯性质量的定义,都会导致“运动产生物质”的哲学矛盾。那么运动物体的质量增大应当是仅仅是一种观测效应而已,而不是真正的质量增大了?
运动使得物质质量增大,增大的质量应该做出什么定义,确实是我们该思考的。
我们来看看质量的定义,在我理论中引力的本源是时空,且物质,时间,空间是一体化的东西。惯性的本源是引力。这也是为什么引力质量和惯性质量严格相等的原因。
所以由此来看,引力质量是最根本的。所以定义质量也应该以引力质量为基础来定义。
引力质量的定义:选定两质点A和B,先后测量它们各自与质点C的引力FAC和FBC。实验发现,只要距离AC和BC相等,则不论A和B的形状如何,也不论质点C是什么物体,力FAC和FBC的比值FAC/FBC是一个常数。
该结果表明,FAC/FBC之值仅由质点A和B本身的性质决定。物理学中规定A、B两质点引力质量之比等于力FAC与FBC之比。若用mA及mB分别表示A、B两质点的引力质量,则mA/mB=FAC/FBC,选取其中一质点的引力质量作为引力质量的单位后,另一质点的引力质量可通过实验由上式确定。
在这里也给大家科普一下惯性质量如何测量:我们利用物体本身具有的惯性,给这个物体施加一个矢量的作用力,那么这个物体会在这个作用力的作用下发生存在状态的改变。这一点是所有特定质量的物质都具备的。我们通常将这种方法所测得的质量叫做惯性质量。
所以说国际上引力质量的定义应该放在基础的位置,惯性质量放在从属的位置。目前国际上没有这样定义,一般认为两者对质量的定义没有区别。其实对引力和惯性没有深刻的认识。
那么你会问了:运动物体增加的质量该如何理解?该如何定义?
显然根据我上面的论述物体的质量无论怎么增加都是引力质量!惯性质量的增加是引力质量增加附带效应。
而引力的本源是什么?是时空!
时空又是什么?是物质,时间,空间的结合,一体化的东西!
而时空的本质还是一种能量!
在时空中任何物质,物体都离不开运动。爱氏的理论贡献在他开启了我们认识时空的钥匙。脱离了牛顿的绝对时空,进入相对论时空。
那么运动的物体质量增加就非常好理解了。运动的物质,高速运动的物体,质量增加是必然的。因为时间,物质,空间是一体的,我们叫时空。
任何物体的运动也是时空中的,时空又是一种能量空间,运动的物体和静止物体在能量空间中所获取的质量就是不同的。
运动的物体会因为自身运动,质量增加,这是由于引力的本源是时空,时空的本质也是一种能量。高速运动物体会迫使空间能量“粘贴”在它身上。其实这是一种束缚态,束缚运动速度增加,这也是为什么光速无法超越,超距作用是不可能的原因。我在前面的章节中有过论述。
因为相对于整个时空能量,即使近光速运动的物体,也无法“拉动”整个时空能量。它只能引起时空对它的“重视”,即附加引力质量!它自身的运动能量也会在时空中消耗,成为时空能量的一部分。
当它的速度慢下来之后,上面所说的束缚态解除。所以在我看来,不是运动使得物体质量增加。是高速运动的物体吸引了时空对它的能量附加。这种附加“粘贴”能量转化为我们可观测到的质量。
再强调一下,不是物体本身运动能量转化为质量,而是时空使然。
所以更近一步的推理是这样的,引力的本源是时空,引力质量的来源自然也是时空。时空本身就是一种能量时空。所以物质的质量也可以引申为一种能量。
爱氏虽然没有做出详细的说明,但他的质能公式也包含此种深意。所以他给普朗克的一封信中提到,质速关系是不正确的,因为没有对其中的质量做出定义。还是出于他对于引力的本源理解不够。他认为引力是由时空弯曲产生的。我认为因为时空产生的,弯曲不弯曲都产生引力。
关于质量我们现在一般的定义是:质量是物体所具有的一种物理属性,是物质的量的量度,它是一个正的标量。也就是说质量是物质的量的量度。至于测量方法,就是上面所提到的引力质量和惯性质量两种方法。
在这里我们可以更本质的定义质量是:质量是物体在相对时空中的一种物理属性,物体所蕴含能量的多少是物体质量的量度。
所有物体具有质量,所有物体具有惯性。爱氏的质能方程揭示了物质和能量的关系。也揭示了能量也具有惯性。所以整体物理体系并不矛盾!
灵遁者 先生
所有的质量本质还是能量。那么为什么不用能量来定义质量呢?这就是我的思路。
虽然该方程主要用来解释核变反应中的质量亏损和计算高能物理中粒子的能量,但不影响我们以这样的概念来定义质量。
这也是为什么会有静止质量和运动质量之区分!它的公式表达可以这样的。
表达形式1:E0=m0c2
上式中的m0为物体的静止质量,m0c2为物体的静止能量.中学物理教材中所讲的质能方程含义与此表达式相同,通常简写为E=mc2.
表达形式2:Ev=Mvc2
Mv为随运动速度增大而增大了的质量。Ev为物体运动时的能量,即物体的静止能量和动能之和.
表达形式3:ΔE=Δmc2
上式中的Δm通常为物体静止质量的变化。
公式1的静止质量M0和公式2中的运动质量Mv是不同的。Mv中的质量增加,我们可以称为时空赋予的隐形质量。此隐形指的是这种质量受能量影响而变化。即当物体的运动速度很慢的时候,对于一体化的时空的影响就小了。时空赋予的“运动质量”就很小了。
此“隐形质量”和暗物质没有关系。而且如果我们要能量作为质量的定义,就已经可以证明暗物质是一个不需要的概念。
我在前面所有的章节中都说过,对于暗物质一定要谨慎。因为它很大可能是不存在的。暗物质是一种假象。
1932年,美国加州工学院的瑞士天文学家弗里兹·扎维奇最早提出证据并推断暗物质的存在。他观测螺旋星系旋转速度时,发现星系外侧的旋转速度较牛顿理论预期的快,故推测必有数量庞大的质能拉住星系外侧组成,以使其不致因过大的离心力而脱离星系。
弗里兹·扎维奇发现,大型星系团中的星系具有极高的运动速度,除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上,否则星系团根本无法束缚住这些星系。
很奇怪,爱氏建立了相对时空理论,但没有把引力的本源认识清楚。就像我上面所推理的。
既然我们以能量来定义质量,那么大型星系团具有极高的运动速度,根据相对论理论,运动物体【星团】质量必然是增加的,不必要另外引进“暗物质”理论来解释。说到底,还是时空的认识不足。
我们不能单独以距离和光度来测量星团质量,我们其实也不清楚宇宙究竟有多大。星系的高速运动,必然使得时空赋予星系团额外的质量。这就是为什么整个宇宙会感觉有“26%”的暗物质。
这“26%”我上了上引号,表示怀疑。其实“26%”的物质弯曲可以用上面的“隐形质量”来代替。也就是说暗物质根本不存在。高度运动的物体,恒星,星系,星团都会使得自身的质量增大。这就是为什么宇宙膨胀速度没有理论中那么快。
那么攻克的方向在哪里?很明显是计算方法,现有的光度和距离测量质量方法,都没有找到根。也忽略了宇宙中大星体,大星系,大星团的高速运动所带来的附加质量的影响。以及时间,物质,空间一体化时空的的本质。
这甚至有点搞笑,就好像我们揣者钥匙找钥匙,骑着驴到处找驴。其实狭义,广义相对论是很好的武器。
同理大家也要以这样的思维去理解,高速运动的物体长度变短,时间变慢。
前面说物体光速运动不可达到是因为一种时空束缚态。长度变短是相对的,时间变慢也是相对的,就是说近光速运动的物体的时空是有异于传统静止时空的。
以时间变慢为例,时间的定义是咋样? 它是描述物体事件过程长短和发生顺序的度量。但一开始如果单单这样理解,我们就错了。别忘了上面所说的,时间,空间,物质是一体化的东西。也就是描述物体事件过程和发生顺序的根本还是时空。
光速是一种极限,运动的束缚态。当物体达到光速的时候,束缚态达到顶峰,不再有变化。即速度上的变化,先后的变化停止了,所以时间静止。这就是相对论时空下的时间。
近光速运动的物体的长度变短,也要从时空方面去思考和理解。比如为什么表述的时候我们没有听到:“近光速运动的物体高度变矮,或者物体由厚变薄。”
这一定和时空性质有关,即时间,空间,物质一体化有关。时间有长短,但没有高低之说。光有横波,没有纵波之说。都是相辅相成的,不是随便胡来的。
最后再次用爱氏的话来作为本文的结尾:想象力比知识更重要。
我们的烦恼有时候来自于我们想的太复杂,胡乱给自己制定了N多规则。而暗物质可能是最坑爹的一个规则!
摘自独立学者,诗人,作家,国学起名师灵遁者物理宇宙科普书籍《变化》第二十九章。欢迎专业科研人员探讨。加微信:lingdunzhe