再谈狭义相对论对质量概念的干扰

戴榕菁

前文“狭义相对论带来的质量概念的混乱。。。。”提到为了避免出现运动粒子产生黑洞这样的尴尬，除少数人外，物理界的主流已放弃曾经有过的所谓由运动导致的动质量和没有运动时的静态质量的区别，但是在涉及原子及亚原子粒子（subatomic particles）的质量时却如该文中所引用的由费米实验室制作的视频中所声称的那样认为它们的质量中包含了运动产生的质量。

后来发现即便在原子量这点上，物理界都存在着概念的混乱不一致。有些人（比如wikipedia）在谈论原子和亚原子粒子的质量时只谈势能而回避动能。他们这么做估计还是因为我在前文中提到的由狭义相对论导致的接近光速运动时的所谓动质量可以趋于无穷的问题。但是他们这样回避动能所造成的问题显然更严重，因为那就违背了最基本的物理原理且彻底否认了爱因斯坦的质量能量关系。

我在之前讨论狭义相对论的系列文章反复指出过，爱因斯坦的质量能量关系从本质上来说不属于狭义相对论，一方面既然它是对所有物体都成立就不涉及相对论的议题，另一方面在爱因斯坦之前就有诸如庞加莱等人用非相对论的途径得出过同样的结论。所以，爱因斯坦的质量能量关系不会因为狭义相对论被否定而不成立。

所以，为了回避原子量及亚原子量中的动能影响可能造成的尴尬而只谈势能对质量的贡献显然是大错特错。

首先，由最基本的物理原理我们知道如果原子内特别是亚原子粒子内部没有高速的运动那么就不可能有那么大的势能，这是因为所谓的势能正是在与动能的平衡中得到维持的。而在爱因斯坦的著名的质量能量关系E=mc²中的E是包含了所有的能量的，所以由E=mc²计算出的总质量也一定是包含了动能的贡献，而且除了希格斯场产生的质量外，原子内部的动能与势能对质量的贡献基本上应该是各占总质量的一半。

与那些只谈势能贡献不谈动能贡献的文章来，我的上述论述的特点是显然没有违背基本的物理原理和爱因斯坦的质量能量关系，在这点上费米实验室的视频比起维基百科等的一些相关文章来说要强出许多，尽管如dialect指出的，费米实验室制作的关于狭义相对论的视频也会错得离谱。

好，现在我们来看一下为什么我上面指出的原子（亚原子）的质量主要由动能和势能贡献的会再一次印证狭义相对论的速度极限是错的。

首先，如费米实验室视频及其它相关文章（包括维基百科的文章）指出的，由希格斯场产生的质量只占总原子量的2%左右。如我前面指出的原子内的总动能与总势能必须是相互平衡的，否则就不会有相应的势能，也就是说动能和势能大概各贡献了49%的质量。为了要满足这49%的质量而且还要将粒子速度限制在光速以下的话，他们必须要用洛伦兹变换。这样一来就如我在上文中指出的出现了逻辑的不一致：你一方面说不存在动质量静质量之区别，另一方面在算夸克的质量贡献时却用洛伦兹变换这实际上就是过去算动质量的公式。

令他们更为尴尬的是他们只知道夸克的速度接近光速，还无法确定夸克的速度到底多大。费米实验室的林肯博士在上述视频中还说夸克每秒可以绕地球8圈，比一般用光速算出的7.5圈还多出半圈来，因此即便是它们的质量再小，它们的动能也有可能会趋于无穷大。

但另一方面，如果他们不用洛伦兹变换，或干脆就承认狭义相对论是错的（如我之前的系列文章指出的，这已被大量事实证明），那么这时计算动能的公式就成为E_k = mv²/2， 其中的m正是由希格斯场产生的那2%的质量。很显然，要想让那2%的质量产生出49%的质量的话，粒子的运动速度v不但要大于光速，而且要远大于光速。。。。。。