“相对论性质量”的理解初探

杨全成

在大学物理教学中，每每讲到“狭义相对论”这一章，同学们普遍感觉不好理解。尤其对于动力学中“相对论性质量”，更是扑朔迷离。本文从另一角度对此概念进行解读，以期使学生易于接受。

一、概念的由来

爱因斯坦狭义相对论认为：物体质量是随物体运动速度的变化而变化的。相对论中“质量”的概念和牛顿力学当中的“质量”概念并不相同。这个由狭义相对论所提出的质量概念就是“相对论性质量”。其数学表达式为：m=γm0，式中m即是物体的相对论性质量，m0是其静止质量，γ称作洛伦兹因子，其值为γ=1/（1-v2/c2）-1/2。

二、难理解之处

相对论性质量这个概念在使用当中容易引起理解上的混乱，因为质量在传统意义上的理解应该是物体含有物質的多少。按照爱因斯坦的理论，既然认为质量是随着物体运动速度的增加而增加的，那就应理解成物体所含物质增多了。一旦该物体从高速运动状态回归到静止状态时，其质量应该大于发生运动之前的质量才对。而事实是，停止运动后，物体质量又回到了原先静止状态的值。这就隐约说明：在物体运动过程当中，改变的物理量不应是质量，而应是一个与物体运动相关的物理量。

三、另一种理解方式

“相对论性质量”所体现的本质，很类似于“惯性”这个物理量。传统意义上，我们经常把“惯性”与“质量”这两个概念等同起来，但这种观念是不正确的。物体作低速运动时，惯性与质量固然可以采用同一个数值表示，但两者却有不同的物理意义。质量上面提到，指的就是物体中物质的含量，这是物体的基本属性，物体在经历高速运动前后，其所含物质多少，即“质量”，这个物理量是不会发生变化的。而惯性则不同，它反映的是一个现象，该现象来自于针对质量场和物体质心之间的不对称性进行改变的难易程度。容易改变表明惯性小，反之惯性大。物体的运动就是在质量场与质心处于不对称的状态下出现的。运动速度越快，质量场与质心之间越不对称，惯性就越大；当物体的运动速度减小时，质量场与质心之间的不对称随之减小，惯性也在减小。

经典力学中，谈到物体运动一般都指的是低速运动，在数学计算上把惯性与质量用同一个数值进行计算，得出的结果并不错。但由于二者毕竟不是同一个物理量，当物体的运动速度达到光速量级的时候，再用同一个数值去计算它们就会不正确了。发生这个错误的根源就是由于使用了数学的计算结果来解释物理现象，并没有从物理本质上进行解释。

编辑 杨兆东