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这两种质量一样吗?
引力质量和前面提到的惯性质量一样吗?一样,也不一样。
说它们不一样,是因为这个质量叫作“引力质量”,它似乎决定了一个对象的引力大小。另外,我们测量引力质量的方法(称重)和测量惯性质量的方法不一样。
说它们一样,是因为我们能够利用这两种方式测量质量,而且我们还没发现哪个物体的引力质量和惯性质量不一样。
想想这有多离奇吧,根据直觉,这两个质量没有相同的道理。惯性质量是物体对运动的阻抗,而引力质量是物体被引力移动的倾向。
一个简单的实验就可以证实这一点。在真空中(没有空气阻力),让两个不同质量的物体(比如一只猫和一只羊驼)自由下落,你会发现它们速度相同。为什么会这样?如果羊驼的引力质量更大,那么地球对它的吸引力就该更大,但是羊驼的惯性质量也很大,它需要更大的力才能加速。两种质量达到了平衡,于是猫和羊驼以同样的速度下落。
现在,我们所掌握的物理知识还不能解释这一切。我们只是假设两种物体质量相同。这个假设是爱因斯坦广义相对论的核心。爱因斯坦从一个完全不同的角度看待引力。他没有将其想象成作用于粒子中的电荷或者让粒子结合的能量的一种力。相对论把引力描述为质量和能量周围的空间弯折和扭曲。因此,在爱因斯坦的理论里,这种联系更加自然,但这仍然没有把问题解答清楚。惯性质量和引力质量到底是两个任意的参数,还是相互联系的参数?在不破坏物理定律的情况下,它们能不能不一样?
在相对论之外,粒子物理理论在概念上区别对待引力质量和惯性质量,但是在实验中,我们认为它们是一样的。这是一条重要线索,它们在深层次上是有关联的。