現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)的思考之三質(zhì)量概念的發(fā)展歷程

1、<p><b>　　質(zhì)量概念的發(fā)展歷程</b></p><p>　　第一章 質(zhì)量概念的提出</p><p>　　1、經(jīng)典力學(xué)中質(zhì)量概念的提出</p><p>　　以牛頓第二定律所表現(xiàn)出的質(zhì)量稱為慣性質(zhì)量.定義是給概念規(guī)定界限的判斷，而定律是幾個(gè)概念之間彼此的本質(zhì)聯(lián)系，它所反映的是客觀規(guī)律．牛頓第二定律正是這樣的客觀規(guī)律，它所反映的

2、是力、質(zhì)量和加速度這三者之間的本質(zhì)聯(lián)系.實(shí)際上，人們所以能總結(jié)出牛頓第二定律，就是因?yàn)槿藗冾A(yù)先就對(duì)力、質(zhì)量和加速度這三個(gè)物理量的概念和測(cè)量方法已經(jīng)有所掌握，然后才能通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出它們之間的內(nèi)在聯(lián)系．也就是說(shuō)，質(zhì)量的概念及測(cè)量方法并非來(lái)源于第二定律，而是先于這個(gè)定律．第二定律建立過(guò)程的歷史事實(shí)正是如此，早在牛頓第二定律建立之前，人們（包括牛頓）已經(jīng)用“物質(zhì)之量”給質(zhì)量下了定義，并已憑經(jīng)驗(yàn)知道了通過(guò)比較重量來(lái)量度質(zhì)量的方法.牛頓在其著作中說(shuō)：

3、“物質(zhì)的量是質(zhì)的量度，可由其密度與體積求出.”然而，質(zhì)量沒有定義之前又那來(lái)的密度？顯然，牛頓這個(gè)定義等于沒有說(shuō).“物質(zhì)的量”往往是指物質(zhì)多少或物質(zhì)數(shù)量一類的東西，由相對(duì)性原理的制約，物質(zhì)多少這樣一個(gè)概念本身無(wú)法再進(jìn)一步給以定義，物質(zhì)的概念被認(rèn)為是不說(shuō)自明的.正是這個(gè)原因，在牛頓力學(xué)中尋找不到“物質(zhì)的量”與慣性質(zhì)量之間的任何聯(lián)系，使得“物體所含物質(zhì)越多，物體慣性越大”這條經(jīng)驗(yàn)定律一直游離于</p><p>　　2、

4、橫向質(zhì)量與縱向質(zhì)量問(wèn)題</p><p>　　約瑟夫·湯姆孫在1881年承認(rèn)一個(gè)帶電的物體比一個(gè)沒有帶電的物體更難加速，因此靜電能量表現(xiàn)成某種電磁質(zhì)量，增加了物體的機(jī)械質(zhì)量.之后威廉·維恩（1900）和 Max Abraham （1902）認(rèn)為一個(gè)物體的總共質(zhì)量與它的電磁質(zhì)量相同.因?yàn)殡姶刨|(zhì)量取決于電磁能量，維恩所提出的質(zhì)能關(guān)系是.</p><p>　　George Fr

5、ederick Charles Searle 和湯姆孫也指出，電磁質(zhì)量隨著物體的速度而增加.亨德里克·洛倫茲在他的洛倫茲以太理論的框架中承認(rèn)這個(gè)說(shuō)法.他將質(zhì)量定義成所用力與加速度的比值而不是動(dòng)量與速度的比值，因此他必須區(qū)分橫向質(zhì)量（）（當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的方向與加速度相同或相反）和縱向質(zhì)量（）（當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的方向與加速度垂直）.只有當(dāng)加速度與物體運(yùn)動(dòng)的方向垂直時(shí)，洛倫茲的質(zhì)量才會(huì)等于現(xiàn)在被稱作相對(duì)論性質(zhì)量的質(zhì)量.</p>

6、<p>　　是洛倫茲因子，v是物體與以太的相對(duì)速度，c是光速）.因此，根據(jù)這一理論沒有物體可以到達(dá)光速，因?yàn)槲矬w的質(zhì)量將趨于無(wú)限大.而對(duì)于一個(gè)具有非零靜質(zhì)量的粒子在x方向運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的作用力和加速度的準(zhǔn)確表達(dá)是：</p><p>　　愛因斯坦在他1905年的論文中計(jì)算了橫向質(zhì)量和縱向質(zhì)量，在他第一篇關(guān)于的論文中（1905），m所代表的是現(xiàn)在認(rèn)為的靜質(zhì)量.</p><p>　　在狹

7、義相對(duì)論中，就像洛倫茲以太理論，一個(gè)靜質(zhì)量非零的物體無(wú)法以光速運(yùn)動(dòng).當(dāng)物體趨近于光速時(shí)，它的能量和動(dòng)量將無(wú)限制的增加.</p><p>　　橫向質(zhì)量和縱向質(zhì)量被相對(duì)論性質(zhì)量的概念取代.Richard C. Tolman 在1912年表示m0(1 - v2/c2)-1/2最適合用來(lái)表示運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量.</p><p>　　在1934年，Tolman也定義相對(duì)論性質(zhì)量為：，這一定義對(duì)于所有粒子

8、都適用，包括了以光速運(yùn)動(dòng)的粒子.</p><p>　　對(duì)于以低于光速運(yùn)動(dòng)的粒子，即具有非零的靜質(zhì)量的粒子，這方程變成，當(dāng)相對(duì)速度為零時(shí)，將等于1.當(dāng)相對(duì)速度趨近光速時(shí)，將趨近無(wú)限大.</p><p>　　在動(dòng)量的方程中，m所代表的質(zhì)量是相對(duì)論性質(zhì)量</p><p>　　牛頓第二定律以的形式表達(dá)仍然正確.但并不是零，因?yàn)橄鄬?duì)論性質(zhì)量是速率的函數(shù)，因此牛頓第二定律不能以

9、來(lái)表示.</p><p>　　2.引力場(chǎng)中的慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的數(shù)量關(guān)系</p><p>　　物理學(xué)上關(guān)于質(zhì)量的概念很多，有靜止質(zhì)量、慣性質(zhì)量、引力質(zhì)量、電磁質(zhì)量，這些概念都是為了解釋各自領(lǐng)域的現(xiàn)象而引入的. </p><p>　　慣性質(zhì)量是通過(guò)動(dòng)力學(xué)測(cè)量的F=ma,引力質(zhì)量是通過(guò)靜力學(xué)測(cè)量的F=GMm/R2.所謂慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量最初是由牛頓在自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理的

10、文章中引入的，其中慣性質(zhì)量的真正含義是：當(dāng)物體在相互作用時(shí)，反映物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變難易程度的一個(gè)物理量；引力質(zhì)量則是反映物體產(chǎn)生引力場(chǎng)大小的一個(gè)物理量；任何物體都具有吸引其他物體的性質(zhì)，引力屬性是物體這種性質(zhì)的量度.選定兩質(zhì)點(diǎn)A和B，先后測(cè)量它們各自與質(zhì)點(diǎn)C的引力F(AC)和F(BC).實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要距離AC和BC相等，則不論這距離的大小如何，也不論質(zhì)點(diǎn)C是什么物體，力F(AC)和F(BC)的比值F(AC)/F(BC)是一個(gè)常數(shù).該結(jié)果表

11、明，F(xiàn)(AC)/F(BC)之值僅由質(zhì)點(diǎn)A和B本身的性質(zhì)決定，這個(gè)性質(zhì)體現(xiàn)為引力屬性.物理學(xué)中規(guī)定A、B兩質(zhì)點(diǎn)引力屬性之比等于力F(AC)與F(BC)之比.若用Sa及Sb分別表示A、B兩質(zhì)點(diǎn)的引力屬性，則Sa/Sb=F(AC)/F(BC),選取其中一質(zhì)點(diǎn)的引力屬性作為引力屬性的單位后，另一質(zhì)點(diǎn)的引力屬性可通過(guò)實(shí)驗(yàn)由上式確定.</p><p>　　牛頓關(guān)于慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量的定義，其物理意義非常明晰，但關(guān)于質(zhì)量是物體

12、中所含物質(zhì)的多少的定義其物理意義則有些含混不清.我們可以定義標(biāo)準(zhǔn)慣性質(zhì)量,以求得某物體的慣性質(zhì)量.同時(shí)我們也就定義了力的度量，但卻并不能由此也求得引力質(zhì)量，因?yàn)樵贕的測(cè)量過(guò)程中會(huì)使用到引力質(zhì)量，在沒有定義引力質(zhì)量的度量之前，G并不能確立其值，同時(shí)M實(shí)際上也是引力質(zhì)量．所以我們只能再定義標(biāo)準(zhǔn)引力質(zhì)量，以求得該物體的引力質(zhì)量．</p><p>　　經(jīng)典物理學(xué)，即力學(xué)和電磁學(xué)的最重要特征，就是決定論的本性，其意是在時(shí)空

13、內(nèi)用微分方程描述現(xiàn)象，只要在任何一個(gè)時(shí)空內(nèi)給定了條件，那么微分方程就完備地和唯一地決定了在任何時(shí)空內(nèi)的一個(gè)系統(tǒng)的態(tài).經(jīng)典物理學(xué)的這種決定論特征在人的天然思維中有它的形而上學(xué)起源，而在力學(xué)中有它的科學(xué)起源.現(xiàn)在經(jīng)典動(dòng)力學(xué)可以說(shuō)在天體力學(xué)中有了它的基礎(chǔ)，太陽(yáng)系的行星運(yùn)動(dòng)能夠經(jīng)受重復(fù)的觀察并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以用運(yùn)動(dòng)方程高精度地加以描述.牛頓方程和以拉格朗日與哈密頓形式表述的牛頓方程，代表了最明確形式的經(jīng)典決定論.在經(jīng)典物理學(xué)中，采用引力質(zhì)量來(lái)確定

14、物體的量，然后再采用慣性質(zhì)量的模式來(lái)建立物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，但是這兩種物體的質(zhì)量定量的模式在屬性上都是相同的，都是采用作用力的方法進(jìn)行定量.不論是引力場(chǎng)給予物體的作用力得到質(zhì)量的特點(diǎn).只要作用力的屬性是相同的，那么物體的質(zhì)量屬性就是相同的，因此兩種質(zhì)量屬性是相同的，沒有區(qū)別.牛頓自己意識(shí)到這種質(zhì)量的等同性是由某種他的理論不能夠解釋的原因引起的，他認(rèn)為這一結(jié)果是一種簡(jiǎn)單的巧合.德國(guó)物理學(xué)家赫茲曾說(shuō)到：“要闡明力學(xué)的真正的基礎(chǔ)內(nèi)容，而不會(huì)不

15、時(shí)感到為難，不會(huì)一再激起歉意，不想盡快跨過(guò)原理部分</p><p>　　任何在伽利略變換的絕對(duì)時(shí)空中修改牛頓定律的理論(例如引入有限光速c修改質(zhì)量間的相互作用力) 必然不自洽.因?yàn)槲锢砹浚ㄋ俣?、加速度和力）中的時(shí)間是絕對(duì)同時(shí)的，可物理量之間的關(guān)系又與有限光速c相關(guān)聯(lián)成為非絕對(duì)同時(shí)的.即物理量的定義與物理量之間關(guān)系處在不同的時(shí)空中從而存在邏輯矛盾.引入有限光速c修改庫(kù)侖定律則更是不自洽, 因?yàn)閹?kù)侖定律是Maxwel

16、l方程中的一個(gè)部分, 修改了庫(kù)侖定律則不能再?gòu)腗axwell方程求解出電磁波的速度為c, 引入含光速c＝1/√（εμ）的項(xiàng)來(lái)進(jìn)行修改就失去了前提根據(jù).相對(duì)論歸根到底是由電磁學(xué)產(chǎn)生的, 原名叫“動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)”不叫“相對(duì)論”.電動(dòng)力學(xué)中自然地含有限光速c＝1/√（εμ），再畫蛇添足地外加一個(gè)光速c的相關(guān)項(xiàng)到方程中必然出錯(cuò).庫(kù)侖定律的電動(dòng)力學(xué)檢驗(yàn)精度巳經(jīng)達(dá)到了10－16, 遠(yuǎn)高于牛頓引力定律的檢驗(yàn)精度10－8, 只允許在10－16以下修改庫(kù)

17、侖定律, 10－8以下修改牛頓引力定律.若是對(duì)牛頓引力加上質(zhì)量不變前提下的v/c項(xiàng)的修正, 必產(chǎn)生附加的加速度破壞原先的牛頓引力加速度與行星運(yùn)動(dòng)離心加速度的平衡, 附加的加速度的連續(xù)作用于行星, 幾萬(wàn)年到幾十萬(wàn)年就會(huì)</p><p>　　愛因斯坦在他的《狹義與廣義相對(duì)論淺說(shuō)》中講到：“如果正如我們從經(jīng)驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的那樣，加速度是與物體的本性和狀態(tài)無(wú)關(guān)的，而且在同一個(gè)引力場(chǎng)強(qiáng)度下，加速度總是一樣的，那么引力質(zhì)量與慣性

18、質(zhì)量之比對(duì)于一切物體而言也必然是一樣的，適當(dāng)?shù)剡x取單位.我們就可以使這個(gè)比等于一，因此，我們就可以得出下述定律：物體的引力質(zhì)量等于其慣性質(zhì)量（見《狹義與廣義相對(duì)論淺說(shuō)》[美] 愛因斯坦 著 楊潤(rùn)殷 譯 北京大學(xué)出版社 P51）”.</p><p>　　牛頓做了單擺實(shí)驗(yàn)，結(jié)果是慣性質(zhì)量/引力質(zhì)量=1+O（10-3）. “證明引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量成正比”的“狄克實(shí)驗(yàn)”：“不同質(zhì)料的物體A和B，引力質(zhì)量相等，若引力質(zhì)量與

19、慣性質(zhì)量不成正比，則兩者慣性力不等，于是扭秤受合力矩作用”. 在中國(guó)科學(xué)院理論物理所主持下，華中科技大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院物理所合作，在華中科技大學(xué)引力實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行了一個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了這個(gè)問(wèn)題.該項(xiàng)目屬于中國(guó)科學(xué)院力學(xué)所國(guó)家微重力實(shí)驗(yàn)室主持的科技部攀A預(yù)選項(xiàng)目的一個(gè)子課題：對(duì)宏觀物體的自轉(zhuǎn)與地球引力場(chǎng)之間可能存在的相互作用在理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面進(jìn)行了研究；實(shí)驗(yàn)裝置是兩個(gè)10米高的真空管，其中頂端各懸掛一個(gè)陀螺（一個(gè)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)不轉(zhuǎn)），實(shí)驗(yàn)

20、中證明它們（幾乎）同時(shí)自由下落，用激光干涉的技術(shù)觀測(cè)兩個(gè)陀螺相對(duì)位置在下落過(guò)程中的可能變化；測(cè)量結(jié)果顯示：在10-7的精度內(nèi)沒有觀測(cè)到等效原理的破壞. 19世紀(jì)末，Eotvos用扭擺重新作了測(cè)定，結(jié)果是慣性質(zhì)量/引力質(zhì)量=1+O（10-9）， 厄缶將兩個(gè)不同質(zhì)料、質(zhì)量相等的球懸系在扭秤的兩臂上使扭秤平衡，并指向東西.物體受地心引力和地球自轉(zhuǎn)的慣性離心力作用.若物體的引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量不等，引力</p><p>　

21、　愛因斯坦說(shuō)：“大家都認(rèn)為，當(dāng)我回顧自己一生的工作時(shí)，會(huì)感到坦然和滿意.但事實(shí)恰恰相反.在我提出的概念中，沒有一個(gè)我確信能堅(jiān)如磐石，我也沒有把握自己總體上是否處于正確的軌道.我所做的一切也許有一天會(huì)被證明都是毫無(wú)意義的. 我自己一直受到同代人的過(guò)分的贊揚(yáng)和尊敬，這不是由于我自己的過(guò)錯(cuò)，也不是由于我自己的功勞，而實(shí)在是一種命運(yùn)的嘲弄.你一定想象我在此時(shí)此刻一定以滿意的心情來(lái)回顧我一生的成就.但是仔細(xì)分析一下，卻完全不是這么一回事.我感到在

22、我的工作中沒有任何一個(gè)概念會(huì)很牢靠地站得住的，我也不能肯定我所走的道路一般是正確的……但是確實(shí)有一種不滿足的心情發(fā)自我自己的內(nèi)心，這種心情是很自然的，只要一個(gè)人是誠(chéng)實(shí)的，是有批判精神的；…….”</p><p>　　第二章 電磁質(zhì)量概念的引入與發(fā)展</p><p><b>　　1、質(zhì)量概念的發(fā)展</b></p><p>　　物理學(xué)家海森堡說(shuō)：

23、“為了理解現(xiàn)象，首要條件是引入適當(dāng)?shù)母拍睿覀儾拍苷嬲烙^察到了什么.”</p><p>　　在17、18世紀(jì)之際，物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展為以拉普拉斯為代表的、把力學(xué)視為物理學(xué)基礎(chǔ)的“牛頓范式”，以傅里葉為代表的研究熱、光、電磁現(xiàn)象的“非牛頓范式”兩大學(xué)派.</p><p>　　最早提出量綱理論的傅里葉就主張“物體的可量度的熱效應(yīng)的三個(gè)量k、h、c就都只涉及長(zhǎng)度、時(shí)間、溫度3個(gè)單位，重量單位可以

24、省去”；1887年黑格姆出版的《能論》中主張“精密科學(xué)不必要引入有關(guān)原子假說(shuō)的物理量，只應(yīng)該使用能量、壓力、溫度等直接可觀測(cè)的物理量來(lái)記述”；奧斯特瓦爾德發(fā)現(xiàn)催化現(xiàn)象不能用原子論解釋后，于1893年出版的《普通化學(xué)》中闡述了他的能量世界圖像，“認(rèn)為世界上一切現(xiàn)象都只是由于空間和時(shí)間中的能量的變化構(gòu)成的，因此這三個(gè)量可以看做是最普遍的基本概念，一切能計(jì)量觀察的事物都能歸結(jié)為這些事物”.</p><p>　　后來(lái)牛頓

25、被稱為“近代物理學(xué)鼻祖”的原因，就把質(zhì)量M、長(zhǎng)度L、時(shí)間T定為量綱式中三個(gè)最基本的物理量.</p><p>　　在經(jīng)典物理學(xué)理論中，長(zhǎng)度L、時(shí)間T被認(rèn)為是描述運(yùn)動(dòng)的“參量”，并不具有實(shí)質(zhì)性的物理學(xué)意義；現(xiàn)代物理學(xué)已經(jīng)根據(jù)“質(zhì)能等價(jià)”的關(guān)系，在使用能量的單位eV逐漸取代質(zhì)量的單位kg.（筆者注：現(xiàn)代物理學(xué)中的eV主要指電磁質(zhì)量的能量，這正說(shuō)明引力質(zhì)量與電磁質(zhì)量具有等價(jià)性.）</p><p>

26、　　對(duì)宇觀世界而言，質(zhì)量M并不具有任何物理學(xué)意義：開普勒第三定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為R3/T2=K，這個(gè)公式的物理學(xué)內(nèi)涵是，任何一個(gè)天體的軌道運(yùn)行，都只跟使用量綱式中L、T表述的空間結(jié)構(gòu)R3/T2=K相關(guān)，而跟星體的質(zhì)量M沒有關(guān)系.</p><p>　　航天實(shí)踐告訴我們，只要進(jìn)入離地面超過(guò)200km的空域，任何物體的自然運(yùn)動(dòng)都跟物體的質(zhì)量M不再有任何關(guān)系.</p><p>　　如果宇航員在艙外釋

27、放一個(gè)雞蛋，它也肯定會(huì)跟飛船在同一的軌道上飛行.</p><p>　　輻射能ε從粒子中放出后，粒子的質(zhì)量M必有“虧損”；反之質(zhì)量M將會(huì)增加；其當(dāng)量關(guān)系為931MeV～1.66×10-27kg—— 這已經(jīng)是核能應(yīng)用中的常識(shí).據(jù)此可知：</p><p>　　1MeV的輻射能ε被儲(chǔ)存在粒子的相空間所產(chǎn)生的靜質(zhì)量，就應(yīng)該是1.783×10-30kg；反之，物質(zhì)系統(tǒng)“虧損”1.7

28、83×10-30kg的靜質(zhì)量，空間中就會(huì)增加1MeV的輻射能ε.</p><p>　　質(zhì)量和能量之間的當(dāng)量關(guān)系是：1MeV～1.783×10-30kg.</p><p>　　狄拉克依據(jù)“負(fù)能量?！崩碚擃A(yù)言：如果真空中有一個(gè)光子的能量E＞1.022MeV，就有可能被“負(fù)能量?！敝械碾娮铀?，“這個(gè)電子就會(huì)受到激發(fā)而越過(guò)禁區(qū)，跑到正能量區(qū)域表現(xiàn)為一個(gè)正能量的電子e－，同時(shí)

29、留下一個(gè)‘空穴’則表現(xiàn)為一個(gè)正能量的正電子e＋”. “一個(gè)正能量的電子e－”＋“一個(gè)正能量的正電子e＋”的靜質(zhì)量，已經(jīng)不小于1.022MeV；那么，“正能量的電子e－”的動(dòng)能是從哪里來(lái)的呢？</p><p>　　負(fù)電荷e－從負(fù)能量海創(chuàng)生時(shí)，其質(zhì)量并不遵從1MeV～1.783×10-30kg 的當(dāng)量關(guān)系，而是遵從1MeV～0.908×10-30kg的當(dāng)量關(guān)系.</p><p&

30、gt;　　綜合可以肯定，微觀世界的質(zhì)量M就有兩種：</p><p>　　一種是僅有M效應(yīng)的靜質(zhì)量，遵從1MeV～1.783×10-30kg 的當(dāng)量關(guān)系；另一種是既有M效應(yīng)、又有q效應(yīng)的實(shí)體質(zhì)量，遵從1MeV～0.908×10-30kg的當(dāng)量關(guān)系.</p><p>　　對(duì)于宏觀世界，依據(jù)熱功當(dāng)量：1eV=1.60×10-19J，可得1MeV=1.778×

31、;10-30kg×V2（或gR），必須注意：其前提條件是假定V2（或gR）=1.</p><p>　　于是，宏觀世界的質(zhì)量m就不再是一個(gè)恒量，而成了一個(gè)隨著其運(yùn)動(dòng)速度V不同、或者處在空間中的位置gR不同而變化的變量.</p><p>　　綜上所述，如果以1MeV的能量為基準(zhǔn)，宏觀世界的質(zhì)量M是一個(gè)變量，它將隨著質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度V或者是所處空間中的gR不同而變化.</p>

32、<p>　　微觀世界能量ε跟質(zhì)量存在兩種當(dāng)量關(guān)系：1MeV～1.783×10-30kg 和1MeV～0.908×10-30kg.</p><p>　　恩格斯早就指出，牛頓力學(xué)根本不屬于“物理學(xué)”范疇，自然科學(xué)以牛頓范式為典范的傳統(tǒng)，錯(cuò)了?。üP者注：恩格斯時(shí)代的牛頓力學(xué)主要是研究引力質(zhì)量，物理學(xué)主要是研究電磁質(zhì)量.）</p><p>　　2006年國(guó)際弦理論

33、大會(huì)之前，在北京舉辦的中美高能物理未來(lái)合作研討會(huì)上，李政道的報(bào)告認(rèn)為，解決諸如質(zhì)量起源、電荷本質(zhì)、量子引力、基本粒子世代重復(fù)之謎等，必將引發(fā)新的物理學(xué)進(jìn)展.實(shí)際上李政道先生揭示的是，在整個(gè)輕子方面可能存在著一個(gè)以前從未揭示過(guò)的分立對(duì)稱性及其破壞，導(dǎo)致中微子相互作用的本真態(tài)和質(zhì)量本真態(tài)相聯(lián)系的映射矩陣與中微子的質(zhì)量矩陣之間建立起非常確定的聯(lián)系.李政道的這項(xiàng)研究密切關(guān)系到質(zhì)量起源的問(wèn)題，意義非同尋常.</p><p>

34、;　　2、電子的電磁質(zhì)量引入</p><p>　?。?）電子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和電磁運(yùn)動(dòng)</p><p>　　電子是原子核的一部分，電荷則是電磁場(chǎng)的場(chǎng)源.電子的電荷能激發(fā)一個(gè)電磁場(chǎng)，它也是電子自身的組成部分，于是電子是一個(gè)帶電粒子與一個(gè)電磁場(chǎng)的統(tǒng)一體.帶電粒子的運(yùn)動(dòng)是機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)則是電磁運(yùn)動(dòng)，兩者統(tǒng)一于“電子的運(yùn)動(dòng)”.</p><p>　　電子論既然把一切物理運(yùn)動(dòng)

35、歸結(jié)為機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電磁運(yùn)動(dòng)，也就把一切運(yùn)動(dòng)歸結(jié)成為電子的運(yùn)動(dòng).按照電動(dòng)力學(xué)的原理，電子的帶電粒子按照麥克斯韋方程不斷激發(fā)電磁場(chǎng)，而電磁場(chǎng)則反過(guò)來(lái)以電磁力作用于帶電粒子.電子的這兩個(gè)組成部分隨時(shí)都處于這樣的相互作用之中，這種相互作用乃是電子各種行為的內(nèi)因，外力只有通過(guò)這種內(nèi)因才能對(duì)電子起作用.于是電子不再是牛頓力學(xué)意義下的只能被動(dòng)地接受外力作用的“力學(xué)粒子”，而是一種現(xiàn)實(shí)的、包括場(chǎng)與實(shí)物的對(duì)立于自身，因而處于永恒的、內(nèi)部的、必然的、自己的運(yùn)

36、動(dòng)之中的“電學(xué)粒子”了.</p><p>　?。?）電子的電磁質(zhì)量的引入</p><p>　　19世紀(jì)80年代，人們開始研究運(yùn)動(dòng)帶電體問(wèn)題.1878年羅蘭發(fā)表運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)的論文，激勵(lì)人們從理論上進(jìn)一步推測(cè)：由于磁場(chǎng)具有能量，驅(qū)使帶電體運(yùn)動(dòng)，比驅(qū)使不帶電體運(yùn)動(dòng)，一定要做更多的功，因?yàn)橛幸徊糠帜芰恳糜诮⑿碌拇艌?chǎng).所以，帶電體的動(dòng)能要比不帶電體大.換句話說(shuō)，帶電動(dòng)體的質(zhì)量要比不帶電動(dòng)體大

37、.這個(gè)由于電磁作用產(chǎn)生的“視在”質(zhì)量，也叫電磁質(zhì)量. 最先提出這個(gè)問(wèn)題的是J.J.湯姆生.電子的電磁質(zhì)量問(wèn)題在發(fā)現(xiàn)相對(duì)論前后一段時(shí)間比較引人注意，這個(gè)問(wèn)題牽涉到電子的結(jié)構(gòu).</p><p>　　物理學(xué)家一直試圖將電磁質(zhì)量作為電子靜止質(zhì)量的一部分，例如質(zhì)子和中子的帶電狀態(tài)不同，它們的質(zhì)量有很小的差別，質(zhì)量的這一微小差別很可能是由帶電狀態(tài)不同造成的.</p><p>　　20世紀(jì)之初，杰出的先

38、輩科學(xué)家非常重視對(duì)于電子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究.電子論的創(chuàng)立者洛倫茲大師在1902年12月11日著名演講中提出了“電子的表觀質(zhì)量、有效質(zhì)量和有可能沒有真實(shí)質(zhì)量問(wèn)題”.【1】 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　【1】[荷蘭]洛倫茲,諾貝爾獎(jiǎng)獲得者演講集.物理學(xué)第一卷[M].</p><p>

39、　　北京：科學(xué)出版社. 1985.24.</p><p>　　3、經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)對(duì)于電子電磁質(zhì)量的計(jì)算</p><p>　　在經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)中，認(rèn)為帶電粒子攜帶了電磁自場(chǎng)，由于自場(chǎng)有內(nèi)聚能（電磁自能），也會(huì)構(gòu)成電磁質(zhì)量μ，實(shí)驗(yàn)所測(cè)量的帶電粒子的質(zhì)量（稱為粒子的物理質(zhì)量），是粒子原有質(zhì)量m0（通常稱為裸質(zhì)量）與μ之和.因?yàn)閹щ娏Ｗ涌偸峭淖詧?chǎng)聯(lián)系在一起，所以兩者是不可分離的.</p>

40、;<p>　　“ 經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)計(jì)算一個(gè)半徑為R，帶電量為Q的均勻球體的靜電自能為W自=0.5ρudv=3Q2/(20πε0R).</p><p>　　一個(gè)電子的庫(kù)侖場(chǎng)的能量為w=（ε0/2）∫∞r(nóng)e(e/4πε0r2)24πr2dr,量子電動(dòng)力學(xué)根據(jù)電磁場(chǎng)的能量計(jì)算電子的電磁質(zhì)量，然后設(shè)電子的質(zhì)量全部來(lái)源于電磁質(zhì)量，計(jì)算出電子的半徑a=2.8×10-15米(1).同樣設(shè)電子的電荷在半徑a的

41、球中有一定的分布也可得電磁質(zhì)量，結(jié)果類似.但要維持這種平衡，需要未知的非電磁力平衡，實(shí)驗(yàn)還無(wú)法驗(yàn)證.在相對(duì)論發(fā)現(xiàn)后有理由認(rèn)為電子的電磁質(zhì)量是電子引力質(zhì)量的3/4，其余的與某種非電磁力有關(guān).H.Poincare.Rend.Pol.21(1906)129.他作了一些嘗試，但也未具體地說(shuō)明用什么別的力可以使電子不分裂.</p><p>　　已知電子在真空中單位體積內(nèi)的電場(chǎng)能為： (1)</p>

42、<p>　　又知道，點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)為： (2)</p><p>　　我們將電場(chǎng)強(qiáng)度E帶入式（1）之中，就可以得出： (3).</p><p>　　于是，我們可以求出電子在整個(gè)空間范圍上的電場(chǎng)能 </p><p>　　就可以對(duì)于上式求定積分，并得出： (5)</p><p>　　在1881年的一

43、篇論文中，湯姆生首次用麥克斯韋電磁理論分析了帶電體的運(yùn)動(dòng).他假設(shè)帶電體是一個(gè)半徑為a的導(dǎo)體球，球上帶的總電荷為e，導(dǎo)體球以速度v運(yùn)動(dòng)，得到由于帶電而具有的動(dòng)能為，其中?為磁導(dǎo)率.這就相當(dāng)于在力學(xué)質(zhì)量m0之外，還有一電磁質(zhì)量 . 1889年亥維賽改進(jìn)了湯姆生的計(jì)算，得.他推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)帶電體的速度接近光速時(shí)，總電能和總磁能都隨速度增加.還得出一條重要結(jié)論，當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度等于光速時(shí)，能量值將為無(wú)窮大，條件是電荷集中在球體的赤道線上.1897年，舍耳

44、（G.F.C．Searle）假設(shè)電子相當(dāng)于一無(wú)限薄的帶電球殼，計(jì)算出快速運(yùn)動(dòng)的電子電磁質(zhì)量為： ,其中.</p><p>　　經(jīng)典電子論最著名的人物是 H. A. Lorentz (1853-1928)， 他是一位經(jīng)典物理學(xué)的大師.洛侖茲與阿伯拉罕等物理學(xué)家曾提出這種假設(shè)：電子質(zhì)量可能完全是電磁的，即電子裸質(zhì)量m0=0，電子的慣性就是它電磁自場(chǎng)的慣性.這樣，在電荷按體積均勻分布的假設(shè)下，由經(jīng)典理論算出的電子半徑值

45、為ro=2.82×10-13cm，電子半徑實(shí)驗(yàn)值小于10-18cm，顯然用經(jīng)典理論算出的電子半徑并不合符實(shí)際.</p><p>　　1903年，阿伯拉罕（M.Abraham）把電子看成完全剛性的球體，根據(jù)經(jīng)典電磁理論，推出如下關(guān)系： ,其中m0為電子的靜止質(zhì)量.現(xiàn)代物理學(xué)已經(jīng)證明電子沒有體積，因此經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)關(guān)于電磁質(zhì)量的計(jì)算是錯(cuò)誤的.</p><p>　　4、經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)對(duì)于電

46、子電磁質(zhì)量計(jì)算的局限性</p><p>　　電子半徑實(shí)驗(yàn)值小于10-16cm，用經(jīng)典理論算出的電子半徑ro=2.82×10-13cm并不合符實(shí)際.關(guān)于電子的電磁質(zhì)量，這是一個(gè)不可能僅僅利用經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)就能解決的問(wèn)題（過(guò)去的歷史和大家的計(jì)算也多次證明），且經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)在小于電子經(jīng)典半徑尺度下已經(jīng)不成立.</p><p>　　1904 年Lorentz發(fā)表了一篇題為 "El

47、ectromagnetic Phenomena in a System Moving with Any Velocity Less than that of Light" 的文章， 在這篇文章中他運(yùn)用自己此前幾年在研究運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的電磁理論時(shí)提出的包括長(zhǎng)度收縮、 局域時(shí)間 (local time) 在內(nèi)的一系列假設(shè)， 計(jì)算了具有均勻面電荷分布的運(yùn)動(dòng)電子的電磁動(dòng)量， 由此得到電子的 “橫質(zhì)量” mT 與 “縱質(zhì)量” mL ,分別為

48、 (這里用的是 Gauss 單位制)： mT = (2/3)(e2/Rc2)γ； mL = (2/3)(e2/Rc2)γ3 ，其中 e 為電子的電荷， R 為電子在靜止參照系中的半徑， c 為光速， γ=(1-v2/c2)-1/2. 撇開系數(shù)不論， Lorentz 的這兩個(gè)結(jié)果與后來(lái)的狹義相對(duì)論完全相同. 但 Lorentz 的文章一發(fā)表就遭到了經(jīng)典電子論的另一位主要人物 M. Abraham (1875-1922) 的批評(píng). A

49、braham 指出， 質(zhì)量除了象 Lorentz 那樣通過(guò)動(dòng)量來(lái)定義， 還應(yīng)該可以</p><p>　　很明顯， 這說(shuō)明 Lorentz 的電子論有缺陷. 那么缺陷在哪里呢？ Abraham 提出 Lorentz 的計(jì)算忽略了為平衡電子電荷間的排斥力所必需的張力. 沒有這種張力， Lorentz 的電子會(huì)在各電荷元的相互排斥下土崩瓦解. 除 Abraham 外， 另一位經(jīng)典物理學(xué)的大師 H. Poincar

50、33; (1854-1912) 也注意到了 Lorentz 電子論的這一問(wèn)題. Poincaré 與 Lorentz 是 Einstein 之前在定量結(jié)果上最接近狹義相對(duì)論的物理學(xué)家. 不過(guò)比較而言， Lorentz 的工作更為直接， 為了調(diào)和以太理論與實(shí)驗(yàn)的矛盾， 他具體提出了許多新的假設(shè)， 而 Poincaré 往往是在從美學(xué)與哲學(xué)角度審視 Lorentz 及其他人的工作時(shí)對(duì)那些工作進(jìn)行修飾及完善. 這也很符合這

51、兩人的特點(diǎn)， Lorentz 是一位第一流的 working physicist， 而 Poincaré 既是第一流的數(shù)學(xué)及物理學(xué)家， 又是第一流的科學(xué)哲學(xué)家. 1904 年至 1906 年間 Poincaré 親自對(duì) Lorentz 電子論進(jìn)行了研究， 并定量地引進(jìn)了為維持電</p><p>　　在物理學(xué)歷史上，只有以洛侖茲為代表的電子論才自覺地考慮過(guò)這個(gè)問(wèn)題，我們稱之為“洛侖茲問(wèn)題”.電子

52、論既然把一切物理運(yùn)動(dòng)歸結(jié)為電子運(yùn)動(dòng)，也就把一切物理運(yùn)動(dòng)最終歸結(jié)為洛侖茲問(wèn)題.電子論采用剛球模型和推遲解，導(dǎo)出了一個(gè)電子動(dòng)力學(xué)方程.湯姆遜首先得到這一方程，我們稱之為湯姆遜方程.從這一方程得出結(jié)論，電子得固有磁場(chǎng)對(duì)其帶電粒子的作用可以歸結(jié)為兩項(xiàng)：一項(xiàng)相當(dāng)于電子增加了一份質(zhì)量，稱之為“電磁質(zhì)量”；另一項(xiàng)是與輻射相聯(lián)系的阻力，稱之為“輻射阻尼”.這一方程未能象電子論期待的那樣揭開原子世界的秘密，卻給物理學(xué)帶來(lái)了兩次危機(jī). 第一次危機(jī)是“電磁質(zhì)

53、量”這一范疇?zhēng)?lái)的.它不遵循質(zhì)量守恒定律，從而使動(dòng)量守恒定律乃至能量守恒定律也都不成立.這一情況使物理學(xué)家們大位震驚，彭加勒驚呼“原理的普遍毀滅”！第二次危機(jī)則是“輻射阻尼”這一范疇?zhēng)?lái)的，它得出結(jié)論： “電子作變速運(yùn)動(dòng)必然導(dǎo)致輻射電磁波.” （0.1） 應(yīng)用于盧瑟福在1911年建立的原子有核模型，將得出結(jié)論： “原子將因輻射而落于核.” （0.2）這意味著原子剛一構(gòu)成就會(huì)立刻解體，可是事實(shí)卻證明原子能夠持久地存在.第一次危機(jī)動(dòng)搖了人們

54、對(duì)經(jīng)典物理學(xué)的信念，第二</p><p>　　5、狹義相對(duì)論與電子的電磁質(zhì)量</p><p>　　按照狹義相對(duì)論中最常用的約定， 我們引進(jìn)兩個(gè)慣性參照系： S 與 S'， S' 相對(duì)于 S 沿 x 軸以速度 v 運(yùn)動(dòng). 假定電子在 S 系中靜止， 則在 S' 系中電子的動(dòng)量為： </p><p>　　p'μ = ∫t'=0T&

55、#39;0μ(x'ξ)d3x' = L0αLμβ∫Tαβ(xξ)d3x' </p><p>　　其中 Tμν 為電子的總能量動(dòng)量張量， L 為 Lorentz 變換矩陣. 由于 S 系中 Tμν 與 t 無(wú)關(guān)， 考慮到 ∫Tαβ(xξ)d3x' = ∫Tαβ(γx', y', z')d3x' = γ-1∫Tαβ(xξ)d3x， 上式可以改寫成： p&

56、#39;μ = γ-1L0αLμβ∫Tαβ(xξ)d3x ，由此得到電子的能量與動(dòng)量分別為 (有興趣的讀者可以試著自行證明一下)： E = p'0 = γm + γ-1L0iL0j∫Tij(xξ)d3x ，p = p'1 = γvm + γ-1L0iL1j∫Tij(xξ)d3x ，這里 i, j 為空間指標(biāo) 1, 2, 3， m=∫T00(xξ)d3x， 這里為了簡(jiǎn)化結(jié)果， 我們?nèi)?c=1. 顯然， 由這兩個(gè)式子的第一項(xiàng)

57、所給出的能量動(dòng)量是狹義相對(duì)論所需要的， 而 Lorentz 電子論的問(wèn)題就在于當(dāng) Tμν 只包含純電磁能量動(dòng)量張量 TEMμν 時(shí)這兩個(gè)式子的第二項(xiàng)非零. </p><p>　　那么 Poincaré 張力為什么能夠避免 Lorentz 電子論的問(wèn)題呢？ 關(guān)鍵在于引進(jìn) Poincaré 張力后電子才成為一個(gè)滿足 ?νTμν=0 的孤立平衡體系. 在電子靜止系 S 中 Tμν 不含時(shí)間， 因此

58、?jTij=0. 由此可以得到一個(gè)很有用的關(guān)系式 (請(qǐng)讀者自行證明)： ?k(Tikxj)=Tij. 對(duì)這個(gè)式子做體積分， 注意到左邊的積分為零， 便可得到： ∫Tij(xξ)d3x =0 ，這個(gè)結(jié)果被稱為 Laue 定理， 它表明我們上面給出的電子能量動(dòng)量表達(dá)式中的第二項(xiàng)為零. 因此 Poincaré 張力的引進(jìn)非常漂亮地保證了電子能量動(dòng)量的協(xié)變性. </p><p>　　至此， 經(jīng)過(guò) Lorentz

59、， Poincaré， Laue 等人的工作， 經(jīng)典電子論似乎達(dá)到了一個(gè)頗為優(yōu)美的境界， 既維持了電子的穩(wěn)定性， 又滿足了能量動(dòng)量的協(xié)變性. 但事實(shí)上， 在這一系列工作完成時(shí)經(jīng)典電子論對(duì)電子結(jié)構(gòu)的描述已經(jīng)處在了一個(gè)看似完善， 實(shí)則沒落的境地. 這其中的一個(gè)原因便是那個(gè) “非常漂亮地” 保證了電子能量動(dòng)量協(xié)變性的 Poincaré 張力. 這個(gè)張力究竟是什么？ 我們幾乎一無(wú)所知. 更糟糕的是， 若真的完全一無(wú)所知倒也罷

60、了， 我們卻偏偏還知道一點(diǎn)， 那就是 Poincaré 張力必須是非電磁起源的， 而這恰恰是對(duì)電磁觀的一種沉重打擊. 就這樣， 試圖把質(zhì)量約化為純電磁概念的努力由于必須引進(jìn)非電磁起源的 Poincaré 張力而化為了泡影. 但這對(duì)于很快到來(lái)的經(jīng)典電子論及電磁觀的整體沒落來(lái)說(shuō)還只是一個(gè)很次要的原因.</p><p>　　從經(jīng)典電磁理論也可以推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)帶電體質(zhì)量隨速度增加的結(jié)論.放射學(xué)大師貝克勒爾

61、指出，電子的荷質(zhì)比“е/m是速度υ的函數(shù).對(duì)于偏轉(zhuǎn)最小的β射線來(lái)說(shuō)，速度υ趨近于光速.……電子的質(zhì)量，假若不是完全地、至少是部分地來(lái)源于電磁反作用，于是產(chǎn)生出關(guān)于物質(zhì)慣性的新的概念.” </p><p>　　通常所說(shuō)的物體質(zhì)量是指其靜止質(zhì)量，電子的靜止質(zhì)量很小，大約是9.3×10-31kg.如果要討論運(yùn)動(dòng)起來(lái)后的相對(duì)論質(zhì)量，那么就要先說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的速度以及其靜止質(zhì)量，然后以相對(duì)論公式計(jì)算之，電子的運(yùn)動(dòng)速度一

62、般在0.8倍光速左右，因此其相對(duì)論質(zhì)量大概是其靜止質(zhì)量的2.7倍.當(dāng)然如果速度更快一點(diǎn)，其相對(duì)論質(zhì)量會(huì)更大一點(diǎn).</p><p>　　6、量子電動(dòng)力學(xué)與電磁質(zhì)量問(wèn)題</p><p>　　在量子電動(dòng)力學(xué)（QED）中，電子也一樣具有電磁自能，但把電子質(zhì)量完全約化為電磁概念的夢(mèng)想根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)：（1）由于超精的常數(shù)1/137 是一個(gè)很小的數(shù)目， 因此由電磁自能產(chǎn)生的質(zhì)量修正μ與裸質(zhì)量 m 0相比只

63、占一個(gè)很小的比例；（2）即使我們把QED的適用范圍延伸到比普朗克能標(biāo)還高的能區(qū)，使μ變得很大，但由于理論中是μ∝m0，這表明如果電子裸質(zhì)量為零，它的電磁自能也將為零，而裸質(zhì)量是QED中拉格朗日量的參數(shù)，它在理論適用范圍是無(wú)法約化的. 因此，試圖把質(zhì)量完全歸因于電磁的想法，在量子場(chǎng)論中完全不成立.象電子這樣質(zhì)量最小，電磁質(zhì)量也只能在粒子質(zhì)量中占不大的比例，把它的質(zhì)量完全歸因于電磁的想法都絕無(wú)可能，因此對(duì)其它粒子，特別是那些不帶電荷的粒子

64、，就更無(wú)可能了.自從物理學(xué)家建立各種各樣的理論以來(lái)，由量子電動(dòng)力學(xué)預(yù)言的電子固有磁矩和實(shí)驗(yàn)的偏差符合到有效數(shù)位10位[理論：0.001159652133(29) ，實(shí)驗(yàn)：0.001159652188(4)]，這是目前為止理論與實(shí)驗(yàn)符合最好的一個(gè)例子.物理學(xué)家費(fèi)恩曼（R.P.Feynmann）因此把量子電動(dòng)力學(xué)稱為物理學(xué)皇冠上的明珠.阿羅什和瓦恩蘭主要研</p><p>　　1930 年，美國(guó)物理學(xué)家奧本

65、海默計(jì)算了電子與它自己的場(chǎng)的相互作用，這是一個(gè)電子發(fā)射一個(gè)光子然后再把它吸收回去的過(guò)程.在這個(gè)過(guò)程中，光子不是做為真實(shí)粒子發(fā)射出來(lái)的，而是一個(gè)虛光子.按照QED，這是一個(gè)完全可以發(fā)生的過(guò)程.奧本海默的計(jì)算涉及到一個(gè)對(duì)虛光子動(dòng)量的積分，它的值是無(wú)窮大.電子與自己的場(chǎng)的這種相互作用稱為電子的自能，也就是電子的質(zhì)量.這個(gè)結(jié)果表明，在最低級(jí)近似下求得的電子質(zhì)量是一個(gè)不可思議的無(wú)窮大.</p><p>　　試圖把質(zhì)量完全歸

66、因于電磁相互作用的想法在量子場(chǎng)論中徹底地破滅了,電子的電磁質(zhì)量需要依靠量子場(chǎng)論來(lái)解決，但在量子場(chǎng)論中，電子的電磁質(zhì)量變得更為復(fù)雜（因?yàn)槌私?jīng)典的電磁質(zhì)量外，還出現(xiàn)了量子漲落如真空極化等，這導(dǎo)致電子的電磁質(zhì)量為無(wú)窮大）.電子的電磁質(zhì)量在量子場(chǎng)論中變得更為麻煩，但與此同時(shí)，量子場(chǎng)論中出現(xiàn)了重整化手續(xù)，也就是假設(shè)電子的裸質(zhì)量是負(fù)無(wú)窮大，電子的電磁質(zhì)量為正無(wú)窮大，它們之和就是一個(gè)有限值，也就是實(shí)驗(yàn)觀察到的電子質(zhì)量數(shù)值.所以重整化是通過(guò)引入一個(gè)無(wú)

67、窮大（裸質(zhì)量）將另一個(gè)無(wú)窮大（電磁質(zhì)量）抵消掉.這是目前關(guān)于電磁質(zhì)量問(wèn)題的一個(gè)最后的解決辦法（是不是最終還需要由未來(lái)來(lái)看）.但重整化很成功，一個(gè)理論是不是可重整化，成為這個(gè)理論是不是正確的一個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn).量子場(chǎng)論中還有其他很多無(wú)窮大問(wèn)題（電子電磁質(zhì)量只是其中之一而已），都靠重整化來(lái)解決.中子的質(zhì)量中包含電磁質(zhì)量,曾經(jīng)認(rèn)為，中子與質(zhì)子的質(zhì)量差就是由于電磁質(zhì)量引起.但后來(lái)認(rèn)為并不這么簡(jiǎn)單.中子的質(zhì)量中電磁質(zhì)量只占極小一部分，雖然理論計(jì)算電磁質(zhì)

68、量總是發(fā)散的，但是經(jīng)過(guò)重整化之后，電磁質(zhì)量只占極小一部分.中子的質(zhì)量主要由夸克的強(qiáng)相互作用（量子色動(dòng)力學(xué)</p><p>　　狄拉克是一位可以同玻爾、Einstein齊名的著名物理學(xué)家，他的最大貢獻(xiàn)是建立相對(duì)論性電子運(yùn)動(dòng)方程（狄拉克方程），并成功的通過(guò)方程的負(fù)能解預(yù)言了電子的反粒子——正電子的存在.作為處理數(shù)學(xué)物理問(wèn)題得心拿手的物理學(xué)大師，他對(duì)量子力學(xué)問(wèn)題及其哈密頓描述有著深刻的系統(tǒng)的研究，對(duì)量子力學(xué)確定性爭(zhēng)論問(wèn)

69、題有著清醒的、獨(dú)到的深刻見解，還指出含有時(shí)間變量的量子力學(xué)方程無(wú)解，也指出量子電動(dòng)力學(xué)為消除無(wú)窮大發(fā)散的重整化措施的依據(jù)不足.他聲名顯赫但始終對(duì)物理學(xué)保持低調(diào)，認(rèn)為現(xiàn)有的自然科學(xué)概念存在著成見，是暫時(shí)的、過(guò)渡的，過(guò)分看重這些現(xiàn)有概念是錯(cuò)誤的，必須質(zhì)疑，用更精確東西取而代之.狄拉克這些精辟的觀點(diǎn)，集中體現(xiàn)在1972年9月在意大利的物理學(xué)自然概念發(fā)展的國(guó)際討論會(huì)上的發(fā)言中：</p><p>　　“在回顧物理學(xué)的大發(fā)展

70、時(shí)，我們看到，物理學(xué)的發(fā)展可以描繪為一個(gè)由許多小的進(jìn)展所組成的相當(dāng)穩(wěn)定的發(fā)展過(guò)程，再疊加上幾個(gè)巨大的飛躍.當(dāng)然，正是這些大飛躍構(gòu)成了物理學(xué)發(fā)展中最有意義的特征.作為背景的穩(wěn)定發(fā)展大都是邏輯性的，這時(shí)人們得出的一些思想都是按照標(biāo)準(zhǔn)的方法從以往的結(jié)果推導(dǎo)出來(lái)的，但是一旦有一個(gè)大飛躍時(shí)，這就意味著必須引入某種全新的概念.</p><p>　　“這些大飛躍經(jīng)常是在于克服某種成見.我們?cè)凶怨乓詠?lái)形成的種種成見，我們?cè)?jīng)不

71、加思索地接受了某種東西，只因?yàn)樗鼈兪侨绱说仫@然，不容置疑.然而物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，必須對(duì)這些成見提出疑問(wèn)，必須以某種更精確的東西來(lái)代替這些成見，從而導(dǎo)出某種全新的自然概念.</p><p><b>　　``````</b></p><p>　　“最后，我愿意對(duì)將來(lái)的展望略談幾句.物理學(xué)家的自然概念的發(fā)展當(dāng)然不會(huì)就此止步.所以，對(duì)目前的一些概念賦予過(guò)分的重要性將是錯(cuò)誤的.目前

72、也許不過(guò)是一個(gè)中間階段，我們必須認(rèn)為將來(lái)的發(fā)展將是根本性的.我想將來(lái)的根本性將不亞于從玻爾軌道到海森堡量子力學(xué)的發(fā)展過(guò)程.我不知道我們應(yīng)該等待多久這些未來(lái)的發(fā)展才會(huì)出現(xiàn).但是，它們肯定要出現(xiàn)，而且就像我在前面提到的，這些將來(lái)的發(fā)展可能對(duì)決定論與非決定論的爭(zhēng)論給予新的啟示.</p><p>　　“人們常常試圖找出得到這些新概念的途徑，有些人在當(dāng)前量子力學(xué)的公理體系概念上下功夫，我認(rèn)為這不會(huì)有任何效果.你們只要想象一

73、下過(guò)去有人曾在玻爾軌道理論的公理體系上下過(guò)功夫，他們決不會(huì)想到把不可對(duì)易的乘法作為他們的公理之一提出來(lái)接受挑戰(zhàn).同樣，將來(lái)的任何發(fā)展都必然會(huì)涉及改變某種東西，而這種東西到目前為止，人們還不曾提出過(guò)異議，它們不會(huì)由公理體系顯示出來(lái).” ——P.A.M.Dirac 物理學(xué)家自然概念的發(fā)展，載于中國(guó)科大 《現(xiàn)代物理學(xué)參考資料》 第一集，科學(xué)出版社，1976年，第1頁(yè)</p><p>　　北京大學(xué)物理學(xué)院基本粒子理論專家

74、曹昌棋教授認(rèn)為，從現(xiàn)在的基本粒子理論的角度看，對(duì)稱性的主要破壞是一種“自發(fā)破壞”或者說(shuō)是一種表觀上的破壞，即所有基本粒子原始都無(wú)靜止質(zhì)量，對(duì)稱的自發(fā)破缺使某些基本粒子具有了靜止質(zhì)量，它們之間的相互作用有拉格朗日量描述，該量具有完全的對(duì)稱性，但相互作用的結(jié)果得出的總體的基態(tài)是簡(jiǎn)并的，其中有某種場(chǎng)的凝聚.實(shí)際的“宇宙”的基態(tài)是這些簡(jiǎn)并基態(tài)中某一個(gè)，而所有的激發(fā)態(tài)都是在此“特定基態(tài)”上的局部擾動(dòng)，從而原來(lái)拉格朗日函數(shù)的對(duì)稱性就不顯示出來(lái)了/我

75、們所觀察的物理過(guò)程都是發(fā)生在某個(gè)特定背景上的，使原有的對(duì)稱性不能顯示出來(lái).有些粒子的質(zhì)量是由于它與空間凝聚場(chǎng)作用的結(jié)果.量子電動(dòng)力學(xué)理論推出電子理論半徑為零，而且，目前來(lái)說(shuō)也沒有一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明電子半徑的存在，或者我是這樣認(rèn)為，在現(xiàn)在的水平下，準(zhǔn)確測(cè)量電子的半徑還是不能達(dá)到的.至于說(shuō)零半徑的電子似乎于原子經(jīng)典模型矛盾的話，不是我能夠說(shuō)明的了.而電子的“經(jīng)典半徑”是根據(jù)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)計(jì)算出來(lái)的.這樣的一個(gè)計(jì)算結(jié)果，其目的并非是要給出一個(gè)所謂的

76、“電子半徑”——電子到底有沒有一個(gè)真正的“半徑”，到現(xiàn)在依舊是物理學(xué)界有爭(zhēng)議的一個(gè)課題.</p><p>　　建立量子電動(dòng)力學(xué)碰到的第一個(gè)困難，就是按照量子電動(dòng)力學(xué)計(jì)算基態(tài)擾動(dòng)得出來(lái)的電子的質(zhì)量和電荷為無(wú)窮大.許溫格，費(fèi)曼，朝永振一郎于1940年代提出一個(gè)辦法：在拉格朗日函數(shù)中加入一項(xiàng)，或者改變不同項(xiàng)的系數(shù)，重新計(jì)算.這一添加項(xiàng)和系數(shù)的改變要選擇得正好抵消無(wú)窮大.結(jié)果當(dāng)然就收斂了，且與實(shí)驗(yàn)符合得很好，符合到十一位

77、有效數(shù)字（實(shí)際并沒有11位）.理論家們宣稱，只有這一有限的差值才是可以測(cè)量的結(jié)果，而按照經(jīng)典量子力學(xué)理論得到的無(wú)窮大是不可測(cè)量的.這種數(shù)學(xué)操作叫做“重整化”.因?yàn)橹卣说慕Y(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合得很好，所以粒子物理學(xué)界接受了，并把它當(dāng)作粒子物理理論的又一個(gè)行規(guī).重整化工作得了諾貝爾獎(jiǎng).重整化理論成了量子場(chǎng)論的標(biāo)準(zhǔn)操作程序，用到了弱相互作用和強(qiáng)相互作用的研究.</p><p>　　第三章 質(zhì)量與能量關(guān)系回顧</p

78、><p>　　1、經(jīng)典力學(xué)中質(zhì)量與能量關(guān)系</p><p>　　1756年俄國(guó)化學(xué)家羅蒙諾索夫把錫放在密閉的容器里燃燒成氧化錫.容器里的物質(zhì)的總質(zhì)量在燃燒前后并沒有發(fā)生變化.經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，他得出結(jié)論：在化學(xué)變化中物質(zhì)的質(zhì)量是守恒的.稍后，法國(guó)的拉瓦錫于1777年做了同樣的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果一樣，物質(zhì)守恒定律于是獲得公認(rèn).20世紀(jì)初，德國(guó)化學(xué)家朗道耳特 (Landolt)于1908年，英

79、國(guó)化學(xué)家曼萊(Manley)于1912年，分別做了極高精度的實(shí)驗(yàn)，證明了化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)總質(zhì)量的變化小于一千萬(wàn)分之一.物質(zhì)守恒定律于是被實(shí)驗(yàn)確立. 人們認(rèn)為質(zhì)量是物質(zhì)的一個(gè)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)的更本質(zhì)的內(nèi)在屬性，質(zhì)量不變或質(zhì)量守恒被認(rèn)定為物理學(xué)以至自然界的一個(gè)基本的客觀規(guī)律或法則.</p><p>　　質(zhì)量與能量在物理學(xué)中是二個(gè)不同的物理量，也是人們公認(rèn)的物質(zhì)的二大基本屬性.不過(guò)在牛頓時(shí)代，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到：能量與質(zhì)量有

80、關(guān).例如物體的勢(shì)能 = mgh，m是該物體的質(zhì)量，g是重力加速度，h是它相對(duì)于地面的高度.物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)動(dòng)能 = 0.5mv2，v是它的機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度.固體或液體的熱能Q = cmT，c是其比熱，T是其本身的溫度.人們發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)的能量雖然表現(xiàn)形式可以改變，但在一個(gè)封閉系統(tǒng)內(nèi)卻總是守恒的，因而能量守恒也被認(rèn)定為物理學(xué)以至自然界的一個(gè)基本的客觀規(guī)律或法則.</p><p>　　2、質(zhì)能方程的相對(duì)論推導(dǎo)</p>

81、;<p>　　方法1：設(shè)質(zhì)點(diǎn)在外力作用下，由靜止開始沿力方向運(yùn)動(dòng)一段位移ds，由動(dòng)能定理： ，</p><p>　　所以，相對(duì)論動(dòng)能為： </p><p>　　說(shuō)明：（1）——物體的靜止能量.</p><p>　　靜止能量是物體內(nèi)能之總和.即物體分子的動(dòng)能、分子間的勢(shì)能、分子內(nèi)部原子的動(dòng)能和勢(shì)能，以及組成原子的基本粒子的相互作用能量之總和.</p

82、><p>　?。?）——物體的總能量，是物體動(dòng)能與靜止能量之和.</p><p>　　質(zhì)量、能量是物質(zhì)的兩種基本屬性，質(zhì)量通過(guò)慣性表現(xiàn)，能量通過(guò)做功表現(xiàn).能量變化必然伴隨質(zhì)量變化，反之亦然.但它們并非相互轉(zhuǎn)化，在封閉系統(tǒng)中，總質(zhì)量和總能量各自保持守恒.</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　方法2：

83、當(dāng)外力作用在靜止質(zhì)量為 的自由質(zhì)點(diǎn)上時(shí)，質(zhì)點(diǎn)每經(jīng)歷位移ds，其動(dòng)能的增量是 ………… （1）.如果外力與位移同方向，則上式成為 ………… （2）,設(shè)外力作用于質(zhì)點(diǎn)的時(shí)間為dt，則質(zhì)點(diǎn)在外力沖量Fdt作用下，其動(dòng)量的增量是 ………… （3）.考慮到 ，由上兩式相除，即得質(zhì)點(diǎn)的速度表達(dá)式為亦即 ………… （4）， ………… （5）,把式 平方，得 ，對(duì)它微分求出 ………… （6）,將

84、（6）代如上式（5）得： ………… （7）.上式說(shuō)明，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)的速度v增大時(shí)，其質(zhì)量m和動(dòng)能 都在增加，質(zhì)量的增量dm和動(dòng)能的增量 之間始終保持（7）式（ ）所示的量值上的正比關(guān)系.當(dāng) 時(shí)，質(zhì)量 ，動(dòng)能 ，據(jù)此，將式（7）積分，即得： ………… （8）, ………… （9）,上式是相對(duì)論中的動(dòng)能表達(dá)式，Einstein在這里引入了經(jīng)典力學(xué)中從未有過(guò)的獨(dú)特見解，他把（ ）叫做物體的靜止能量，把 叫做物體的運(yùn)動(dòng)能量，我們分別用 和

85、 表示之： …………（10）, …………（11）,上列式子叫做物體的質(zhì)能關(guān)系式. 【1】</p><p>　　在質(zhì)能方程的推導(dǎo)過(guò)程中只是利用了引力質(zhì)量的質(zhì)速關(guān)系，并沒有利用Lorentz transformation.對(duì)于一個(gè)物體，外力對(duì)它所做的功Fdx，等于該物體能量的改變dE, 即dE=Fdx,而dx=udt，牛頓第二定律推廣為：F=d（mu）/dt,所以： dE=Fdx,=F.udt

86、=ud（mu），將速度從0到u對(duì)上式求積分，Einstein得到：△E=mc2-m0c2.m0c2為物體的靜止能量，mc2物體的運(yùn)動(dòng)能量.物體在任一刻的總能量為：E=mc2.在特殊條件下，原子核內(nèi)發(fā)生裂變或聚變，物體的質(zhì)量出現(xiàn)虧損，以核能的形式釋放出來(lái)（△E=△mc2）.</p><p>　　2003年10月，在西安召開的《相對(duì)論及現(xiàn)代物理創(chuàng)新國(guó)際會(huì)議》上，來(lái)自美國(guó)的大學(xué)教授張超先生，介紹了他的工作，他的主要實(shí)驗(yàn)

87、工作就是和其他教授一起探測(cè)某些粒子的能量、動(dòng)量，然后根據(jù)相對(duì)論的能量動(dòng)量公式來(lái)計(jì)算粒子的質(zhì)量：,是粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，是粒子靜止時(shí)的能量，P是粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量.由于， ,所以,是粒子的靜止質(zhì)量.</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　【1】程守洙、江之永，《普通物理學(xué)》，高等教育出版社，1998年6月第五版</p><p

88、>　　3、質(zhì)能方程的非相對(duì)論推導(dǎo)</p><p>　　1、Einstein對(duì)于質(zhì)能方程的非相對(duì)論性推導(dǎo)</p><p>　　Einstein曾經(jīng)利用狹義相對(duì)論的原理、動(dòng)量守恒定律、輻射壓力的表示式以及光行差的表示式，而沒有利用它的形式結(jié)構(gòu)推出質(zhì)能方程【1】.證明如下：</p><p>　　“比如，我們考慮另外一個(gè)思維實(shí)驗(yàn)，它可以從下圖（圖2）中方便地想象出來(lái).

89、它是圖1中一個(gè)部分的放大.圖中A和B還是相對(duì)作勻速V運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)平臺(tái).在它們之間的空間中有一個(gè)自由漂浮的物體Q，從平臺(tái)觀察，它是靜止的.我們?cè)诟鱾€(gè)平臺(tái)上都建立一個(gè)Z-坐標(biāo)框架來(lái)規(guī)定Q的位置.</p><p><b>　?。▓D 1）</b></p><p>　?。▓D 2）現(xiàn)在研究，如果兩個(gè)等同的輻射束R和R1沿垂直于ZA軸的直線向著Q運(yùn)動(dòng)，并被Q所吸收，這時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況

90、？我們可以先從平臺(tái)A的觀點(diǎn)，再?gòu)钠脚_(tái)B的觀點(diǎn)來(lái)分析這一過(guò)程.我們將始終記住相對(duì)論假設(shè)——物理定律對(duì)各個(gè)空間飛行器都是等同的，尤其是動(dòng)量守恒定律在每組坐標(biāo)軸上都是有效的.在輻射被吸收以前，相對(duì)于XA-ZA軸，Q是靜止的.自從有了麥克斯韋電磁理論，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到能量E的輻射所攜帶的動(dòng)量等于E/C，這里C是光速.如果我們賦予每一輻射束R和R1一份能量為1/2E，則動(dòng)量為（1/2）E/C，那么被Q吸收的輻射可以設(shè)想為：由于每個(gè)輻射束以垂直于ZA

91、軸的相反方向擊中Q，所以Q相對(duì)于XA-ZA軸顯然保持靜止.</p><p>　　現(xiàn)在我們從平臺(tái)B的觀點(diǎn)來(lái)看同樣的過(guò)程.參照這個(gè)平臺(tái)，平臺(tái)A上的物體都是沿ZB軸以與速度V的負(fù)方向運(yùn)動(dòng)的.</p><p>　　輻射束R和R1在XB-ZB上的運(yùn)動(dòng)方向由相近的箭頭標(biāo)出.它相對(duì)于XB軸形成角α.正像上圖解所表示的，對(duì)于小的角，α=V/C有很好的近似.從前面用平臺(tái)A上的坐標(biāo)XA-ZA所作的分析可知，輻

92、射束R和R1被Q所吸收，它相對(duì)于A的速度（在這里是零）仍然不變.因此，現(xiàn)在用坐標(biāo)系XB-ZB，物體Q的速度在輻射R和R1被吸收以后也保持不變.</p><p>　　引入狹義相對(duì)論假設(shè)，并把它應(yīng)用于動(dòng)量：動(dòng)量守恒定律對(duì)每個(gè)平臺(tái)（A或B）都有效.尤其是，相對(duì)于平臺(tái)B，我們寫出一個(gè)輻射被吸收前的表達(dá)式，再寫出一個(gè)輻射被吸收后的表達(dá)式，然后令它們相等.由于Q的運(yùn)動(dòng)與ZB軸平行，我們須要考慮沿這個(gè)軸的R的動(dòng)量分量和R1的動(dòng)

93、量分量.R與R1之和加上物體Q的質(zhì)量M，得到吸收前的動(dòng)量=2[0.5×E/C×V/C ]+MV ①，這里用V/C代替角α.在輻射被吸收之后.吸收后的動(dòng)量=（吸收后的質(zhì)量）（吸收后的速度），但是我們?cè)谄脚_(tái)B上看到物體Q的速度V一定保持不變，因?yàn)槠脚_(tái)B相對(duì)于平臺(tái)A繼續(xù)以相同的速度V運(yùn)動(dòng)，不受空間中物體Q吸收輻射的干擾.所以，如果動(dòng)量守恒定律有效，那么MV+EV/C2 =（輻射吸收后的質(zhì)量）× V ①，由于

94、E，V和C2都是正數(shù)，我們不得不作出結(jié)論：輻射吸收后的質(zhì)量M1，比吸收前的質(zhì)量大.明確表達(dá)為 M+ E/C2 =M1 ①，或 E=（ΔM）C2 ①，即，質(zhì)量改變直接與能量吸收成正比例.如果選擇適當(dāng)?shù)腗和E的單位，我們可省略Δ，得到質(zhì)-能等當(dāng)公式的熟悉形式：E=mc2 ”②</p><p>　　1946年，Einstein在紐約《技術(shù)雜志》上發(fā)表《質(zhì)能相當(dāng)性初探》一文.該文中，Einstein根據(jù)麥克斯

95、韋理論推導(dǎo)出：m - m0 =Δm =ΔE/c2 .由此可見，ΔE=Δmc2是麥克斯韋理論的結(jié)果，它與真空光速不變?cè)頍o(wú)關(guān).至于是否能把ΔE=Δmc2改寫成E=mc2，只有優(yōu)先引入真空光速不變?cè)聿趴梢钥隙?因?yàn)辂溈怂鬼f理論著名結(jié)論是光速為恒定值.Einstein在這里利用了輻射推導(dǎo)質(zhì)能方程驗(yàn)證了后面關(guān)于引力質(zhì)量與電磁質(zhì)量等價(jià)性觀點(diǎn)的正確性.</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b>&

96、lt;/p><p>　　【1】Einstein 方在慶 韓文博 何維國(guó) 譯.《Einstein晚年文集》 海南出版社 2000年3月第1版</p><p>　　4、動(dòng)能公式與質(zhì)能方程的統(tǒng)一性</p><p>　　在洛倫茲變換下，靜止質(zhì)量為m0，速度為v的物體，狹義相對(duì)論定義的動(dòng)量p為： (1—1)</p><p>　　式中.式（

97、1—1）所定義的相對(duì)論動(dòng)量于經(jīng)典力學(xué)定義的形式完全一致，均為質(zhì)量與速度的乘積.但相對(duì)論定義的質(zhì)量與速度有關(guān).相對(duì)論的能量E為： (1—2).mc2是運(yùn)動(dòng)物體的總能量，當(dāng)物體靜止時(shí)v=0，物體的能量為E0=m0c2稱為靜止能量；兩者之差為物體的動(dòng)能Ek，即 (1—3)</p><p>　　當(dāng)β 1時(shí)，式（1—3）可展開為 (1—4)，即得經(jīng)典力學(xué)中的動(dòng)量—能量關(guān)系.<

98、/p><p>　　由式(1—1)和(1—2)可得： (1—5)，這就是狹義相對(duì)論的動(dòng)量與能量關(guān)系.而動(dòng)能與動(dòng)量的關(guān)系為： (1─6).這就是我們要驗(yàn)證的狹義相對(duì)論的動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系.</p><p>　　狹義相對(duì)論保留了力的動(dòng)量定義式:F=dp/dt（d是微分符號(hào),動(dòng)量p=mv=Ft）.根據(jù)實(shí)驗(yàn)所描繪的曲線可以得到：m=m0/(1-v2/c2)1/2 (其中m為相對(duì)論質(zhì)量，m

99、0為靜質(zhì)量或固有質(zhì)量)，則dp=mdv= m0/(1-v2/c2)1/2×dv,所以，在相對(duì)論中的功:dW=Fds=dp×ds/dt=vdp=dp×p/m-------- (1),根據(jù)微積分的知識(shí)：dp2=2pdp代入(1),得dW=dp2/2m ---------(2),因?yàn)閙=m0/(1-v2/c2)1/2 ,兩邊平方得m2c2-m2v2=m02c2,得：m2c2-p2=m02c2 即p2= m2c

100、2- m02c2,對(duì)兩邊微分得：dp2=d(m2c2- m02c2)=2mc2dm--------------(3)</p><p>　　根據(jù)狹義相對(duì)論，當(dāng)v<<c時(shí)，，</p><p>　　又回到了牛頓力學(xué)的動(dòng)能公式.</p><p>　　根據(jù)時(shí)空平權(quán)理論，在相對(duì)space-time中，兩個(gè)物體的引力質(zhì)量分別為M、m，它們之間的作用力為F，相對(duì)位移為S

101、，則對(duì)于一個(gè)物體所作的功均為FS（以另一個(gè)物體為參照物），因此動(dòng)能相等，物體的動(dòng)能可以用0.5mv2表示，它們的動(dòng)能之和為mv2 .靜止物體在絕對(duì)空間里的動(dòng)能為mc2，因?yàn)檎麄€(gè)宇宙的正引力質(zhì)量為無(wú)限大.</p><p><b>　　5、質(zhì)能方程的驗(yàn)證</b></p><p>　　Bertozzi在1964年用量熱法測(cè)量電子的絕大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成的鉛盤的熱能，并由此確定電

102、子的動(dòng)能的實(shí)驗(yàn)——證明了相對(duì)論的動(dòng)能公式.</p><p>　　新華社洛杉磯2007年12月22日電  美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所和麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家說(shuō)，他們通過(guò)迄今最直接、最精確的實(shí)驗(yàn)證明了Einstein狹義相對(duì)論中著名的質(zhì)能公式.質(zhì)能公式（E＝MC2）指出，物質(zhì)的總能量相當(dāng)于其質(zhì)量乘以光速的平方.它表明能量和質(zhì)量可以互相轉(zhuǎn)換，而光速是恒定不變的常數(shù).這一公式是Einstein 1905年發(fā)表狹

103、義相對(duì)論時(shí)提出的，被認(rèn)為是狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)，也奠定了新的時(shí)空觀.此前，其他物理學(xué)家曾用多個(gè)間接實(shí)驗(yàn)證明了質(zhì)能公式的正確性.但科學(xué)家認(rèn)為，這些實(shí)驗(yàn)存在一定前提條件，可能引起對(duì)質(zhì)能公式廣泛適用性的質(zhì)疑.美國(guó)科學(xué)家在22日出版的《自然》雜志上發(fā)表論文說(shuō)，他們所采用的方法已能直接支持質(zhì)能公式.這一實(shí)驗(yàn)的原理是：按照質(zhì)能公式，當(dāng)一個(gè)原子核捕獲新的中子時(shí)，它的質(zhì)量就會(huì)變成原先原子核和中子質(zhì)量之和、再減去這一過(guò)程消耗的中子結(jié)合能，中子結(jié)合能包括放射出