还有一个线索

第一次学习经典力学时，人们会觉得，这一科学分支的每个内容都很简单、基础且永远适用。人们很难猜想还会有一个重要线索，而且在其后300年里都无人注意到。被忽视的这一线索，和经典力学的一个基础理论有关——质量。

我们再一次回到推车在光滑路面运动这个简单的理想化实验。如果推车开始的时候是静止的，然后被推了一下，之后它会以固定的速度做匀速直线运动。假设，想重复多少次力的行为都可以，推动行为会以同样的方式、传导同样的力在同样的推车上。无论实验重复了多少次，最终速度都是一样的。但如果实验变了呢？如果开始的时候推车是空的，现在装满了呢？满载的推车的最终速度将比空车小。结论是：相同的力作用在质量不同且开始都是静止的两个物体上，那么结束作用时的速度将不一样。我们说，速度取决于物体的质量，质量越大速度越小。

从而，我们知道了，至少在理论上，如何测算物体的质量，或者更准确地说，如何测算一个物体的质量是另一个物体的几倍。我们有了作用在两个静止物体上的力的大小，也得知第一个物体的速度是第二个物体的三倍，就可以断言第一个物体的质量是第二个物体质量的1/3。用这个方法判断质量的比值显然不太具有实操性。然而，我们大可以用这个方式想象测算过程，或者是用类似的方法，它们都是对惯性定律的应用。

那在实际操作中如何确定质量呢？当然不是用刚刚说的方法。每个人都知道正确答案，用天平称一称。

让我们更仔细地讨论一下这两种不同的质量确认方法。

第一个实验和万有引力，即地球的引力，没什么关系。在推动推车之后，推车会沿着绝对光滑的水平面运动。重力导致推车留在平面上，它没有变化，也对质量大小没有影响，这和称重截然不同。如果地球不吸引物体，如果不存在重力，我们永远不可能使用天平。这两种质量确定方法的区别在于，第一种和重力没有关系，而第二种，主要是基于重力的存在。

我们想问：如果用上述两种方法检测两个质量的比例，得到的结果会一样吗？实验给出的答案十分简明。它们是完全一致的！这个结论不能预测，只能基于观察，毋庸置疑。

出于简便考虑，我们可以将在第一种方法中确定的质量称为惯性质量，第二种方法中确定的质量称为重力质量。说起来，它们都是一样的，但仔细想想就知道，事实并非如此。

另一个问题随即产生：这两个质量的一致纯粹是巧合吗？还是说有更深的联系？从经典物理学的角度来看，答案是：两个质量的一致是巧合，二者之间没有更深层的联系。而当代物理学的答案恰好相反：两个质量的一致是根本性的，而且形成了一条新的线索，这条至关重要的线索将带来更加深刻的理解。这实际上就是发展出广义相对论的最重要线索之一。

如果把奇怪的事情都解释成偶然，那这个解谜故事听起来就很低级。如果顺着逻辑链条继续发展，这个故事显然会更合理。可以确定：一个能解释重力质量和惯性质量为什么相同的理论要比另一个只把二者关系看作意外的理论更高级。当然，这两个理论都要符合观察到的事实。

由于惯性质量和重力质量相同是形成广义相对论的基础，所以，我们接下来会更仔细地验证这一点。什么样的实验能充分说明这两个质量是一致的呢？答案就藏在伽利略的经典实验中，他曾从比萨斜塔上扔下不同质量的物体。他注意到，下落的时间总是一样的，也就是说，下落物体的运动并不取决于质量。要把这个简单但是十分重要的实验结果，与两个质量相同的物体关联起来，我们需要更加细致的推论。

静止的物体，在受外力作用之后会运动并获得确定的速度。它开始运行的难易程度，根据的是它的惯性质量，如果质量更大，那么对运动的拒绝就会更强。如果不追求精确的话，我们可以说：物体对外力的响应程度取决于它的惯性质量。如果这是正确的，那么地球就是以一样的力来吸引所有物体，只有这样，有最大惯性质量的物体才能在下落时比其他质量的物体更慢。但事实并不是这样：所有物体都以相同的方式下落。这意味着，地球吸引不同质量的力必须是不一样的。现在，地球用引力吸引一块石头，除了石头的惯性质量，其他条件都未知。地球的“召唤”力量取决于重力质量。石头的“回应”运动取决于惯性质量。因为，“回应”运动总是一样的——所有从相同高度落下的物体下落方式都一样——那必然能推导出，重力质量和惯性质量是相等的。

物理学家还能得出相同但更文绉绉的结论：下落物体的加速度，因其重力质量而增加，因其惯性质量而减小。由于所有下落的物体都有一样的恒定加速度，那这两个质量必须是相等的。

在伟大的自然奥秘故事中，一直以来就没有被完全解决和盖棺定论的问题。300年之后，我们不得不回到运动最初的问题，去修改探索的过程，发现忽略的线索，从而得到关于宇宙截然不同的理解。