论质量和对物质的量的认识

/论质量和对物质的量的认识牛顿把质量定义为物质的量.这个观念至今仍游荡在学者们的头脑中。但是，您知道吗?它已经实实在在地受到现代物理学的冲击。牛顿对“物质的量”的定义牛顿在《自然哲学的数学原理）一书中，对物质的量下了这样的定义:物质的量是用它的密度和体积一起来量度的．所以空气的密度加倍,体积加倍,它的量就增加到四倍;体积加到三倍,它的量就增加到六倍.因压紧或液化而凝聚起来的雪、微尘或粉末，以及由任何原因而无论怎样不同地凝聚起来的所有物体，也都可作同样的理解。……我在以后不论何处称之为‘物体’或‘质量’的,就是指这个量而言…….”①牛顿还曾写道：“抵抗……正比于物质的量。即正比于经受抵抗的粒子的数目。②从这两段叙述中可以知道：第一，牛顿用密度和体积的乘积来定义物质的量，即质量；第二，牛顿把“物质的量、“质量"和“物质”这几个名词当作同义词来使用；第三,质量被看作是物质的结构上的量，而且同惯性质量成正比.牛顿的质量概念至今仍久久地留在学者们的心中。1980年出版的《哲学名词解释》指出：“质量守恒定律，也叫做物质不灭定律。”“质量守恒定律是说,各种物质在一切化学变化中，物质的量是守恒的，不灭的．”③19８7年出版的初级中学《物理)和一些教学参考书也明确地写着：“物体所含物质的多少叫做质量。”④牛顿对质量的这个天才定义，得到了现代发现的原子、原子核结构的证明。让我们看一看下表中气体、液体、固体的物质,取其质量为1克，意外地发现,它们的中子数与质子数之和几乎都是相等的。表一：气体(0℃和标准大气压下）表二：液体（常温下）表三、固体（常泪下)表中提供的数宇说明，1克物质的中子数和质子数之和约为6。02×１０2３”（±0.０1×1023）个。在这个意义上，质量是物质的量这个定义是无可非议的。物质确实存在着结构上的量的问题.牛顿把“物质的量”，“质量”和“物质"作为同义词来使用,也是自然合理的了。对牛顿质量概念的三大挑战挑战一:物理学对一个物理量的定义不仅从理论上、质上来阐述,而且还要从数量上、测量上来判断。但是，从古至今,包括牛顿在内，从来没有谁在计算质量时，去数这个物质的原子核数以及它所含的中子数和质子数之和·通常,我们用天平测定物体的质量，它是运用等臂杠杆平衡原理和G＝mg的关系式来证明砝码的质量等于物体的质量的。这里的ｍ是惯性质量.求得的质量也是惯性质量.对电磁场质量和光子质量的计算.常用微观粒子同宏观物体的性质进行类比而推演出来的,推演中运用的Ｅ＝mc２式中m也是惯性质量.因此,从对质量的测定来说，质量并不是物质结构的量，而只是物体的惯性质量，或者是引力质量。挑战二：爱因斯坦证明。某一物体的质量并不是一个不变量,它随物体的速度变化而变化,随它吸收或放出的能量变化而变化。其数量关系是：这里出现两种情况的问题：1.某一物体从别的物体获得能量是否哪个物体的物质粒子同时转移到这个物体上呢？譬如，火箭获得能量，以越来越大的速度飞离地球,是否构成火箭的物质粒子数增加呢？是否构成燃料的物质粒子转移到火箭上去呢?2.两个物体的相对运动是否引起它们之间的粒子的转移呢？譬如,坐在足够大的速度飞离地球的宇宙飞船上，由于相对运动的缘故,宇航员认为，地球上的人比之宇宙飞船刚离地面时，能量增大了.质量也随之增大．这时,人的质量的增大从哪儿来呢？是宇宙飞船的粒子转移到人身上去了吗？显然,在这两种情况下,都不存在物质粒子的转移，而是惯性质量或引力质量的变化.挑战三:假如，物质结构仅停留在原子、原子核,即中子、质子、电子这个层次上，那么，物质形态的统一性和相互转化引导到以中子、质子、电子数目的形式来建立物质的量的统一量度是可行的．但是，物质的结构不断发现了众多新的粒子:重子、介子、轻子、媒介子……等等.这么众多的粒子中，至今尚未发现有哪几个是最基本的，它是组成一切物质的基元。同时，也没有发现某个粒子是一切微观粒子结合和分离的中介物,因此,我们再也不能像用中子数和质子数之和那样去计数物质的量那样计数一切物质块的粒子救了。我们从这里得出怎样的结论结论一：把质量定义为物质的量或对物质的量的量度只有狭义上的意义.它只能指在原子结构的层次上，用中子数和质子数之和来表示物质的量的多少.第14届国际计量大会关于摩尔的定义：“摩尔是一系统的物质的量，该系统中所含的基本单元与0。01２千克12C的原子数目相同."“在使用摩尔时，基本单元应予指明，可以是分子、原子、离子、电子及其它粒子,或是这些粒子的特定组合“⑤这也只有在狭义的范围内有意义.从物质的广义来说，不能把质量定义为物质的量。结论二:从广义上讲，惯性质量和引力质量并不是物质的量或物质的量的量度．它们只是物质的属性的量．惯`性质量是物质抵抗外来作用能力的性质，引力质量是物质间引力本领大小的性质。它们同物质的结构上的量有着怎样的关系?这种关系在宏观物体、微观粒子和低速领域、高速领域的统一性上,物理学至今仍未探明。结论三:物质有各种不同的属性,各种属性都有它的量．对物质的量及对物质的量的量度的认识，就是对该种物质各种属性及其量的整体化的认识.譬如.人作为整体，除了构成物细胞外,还有各种属性及其量：惯性质量、引力质量、体长、胸围、肤色……等等．我们从这许许多多的属性及其量构成了对这个人的整体认识。因此，对物质的量的认识就是对物质的属性量的认识，迄今为止，物理学发现的物质的主要属性是能量和质量，这就是通常人们以能量和质量来表述物质的量的道理所在.参考资料①H·S·塞耶编：《牛顿自然哲学著作选》,第13页,上海人民出版社,19７4年。②转引自《苏联关于质量和能量问题的讨论》，第16９页．科学出版社.１9５9年。