狭义相对论带来的质量概念的混乱。。。。

戴榕菁

在狭义相对论造成的逻辑混乱中本文所讨论的可能是最无关紧要的的一个，因此在正式文章中我一般都不会去谈论它，因为它导致的只是解释问题的混乱好像还没有直接的计算上的后果。尽管如此，对于那些仍然抱着狭义相对论不放的人来说，这也可以起到一个警示的作用。

其实我之前在博客讨论中谈到过这个问题，现在之所以又想起这个问题是因为前两天在一篇2020年的文章上看到仍将质量按狭义相对论分为静质量和动质量，这是我上中学时的教科书上讲述狭义相对论时的分法。按照这个分法，我们有如下的公式：

M = γm                                                                              （1a）

其中γ = 1/√(1-v²/c²)                                              （1b）

M被称为动质量而m被称为静质量。而这种分法的最初的根源是因为在运动的坐标系中著名的爱因斯坦质量能量关系可写为：

E = γmc²                                                               （2）   

于是人们就将（2）式中的γm合并为（1a）中的M。

但是，（1）式会产生这样一个问题：那就是在当一个质量极小的微观粒子的速度接近光速时它的质量会趋于无限大。而极小的体积拥有极大的质量却正是广义相对论推出的黑洞的特征。这或许就是曾经有很多人担心加速器是否会产生黑洞的原因。

鉴于以上的考虑，物理界就声称不存在动质量与静质量之分，质量就是质量，粒子的运动只改变由（2）表达的总能量，而不改变粒子的质量，从而宣布（1a）式是无效的。

这样一来确实回避了高速粒子可能产生黑洞的风险，但又带来另一个有关能量的逻辑缺陷，那就是关于原子量的解释。今天的物理学家们告诉我们，组成原子内亚原子粒子的质量远大于其内部的夸克质量总和，所以亚原子粒子的质量（从而总原子量）主要是由亚原子内的夸克高速运动产生的动能及将夸克限制在亚原子内的势能构成。下面这个由费米实验室制作的视频对此有详细解释：

你看，当遇到可能出现黑洞的威胁时他们就声称能量的增加不会导致质量增加，当无法解释原子量与亚原子质量之和的巨大差异时，他们又声称原子的质量主要是由原子内部的能量构成。这种逻辑上混乱如果发生在中学生的语文考试中，一定会得零分，但是它就活生生地发生在作为人类文明顶端的物理学界，而且又是由狭义相对论造成的，它差点让人们对正确的质量能量关系产生信任危机。。。。。。