狹義相對論（7）——動質量批判（3）

動質量概念的來源是容易說清楚的。

牛頓力學時代，有一個很重要的守恆量：p=mv，但這個守恆的動量到了相對論中不再守恆，為了能讓物理遊戲繼續玩下去，愛因斯坦找到了另外一個守恆量：

這個守恆量本身是沒什麼問題的，問題出在對這個守恆量的詮釋上。

第二個等號後邊的式子是愛因斯坦的詮釋，質量需要重新定義，速度依然是原先的速度。

第三個等號後邊的式子是我堅持的詮釋，質量依然是不變數，但是速度需要重新定義。

在數學上，兩種詮釋是等價的，不需要區分的，但是在物理上卻不是這樣，這背後的核心在於對速度這個概念的理解上。

什麼是速度？速度是表徵物體運動快慢的一個物理量，數學上等於空間除以時間。對於學校的考試來說，這個回答可以得滿分了，可我現在換個說法來問：

時空平面上，運動方向跟時間軸的夾角 也可以用來表示物體運動的快慢，那為什麼物理學家不用 來作為速度的定義，而是用 的正切值 來定義速度呢？

表面上看，這只是一個數學問題，用什麼來定義都是可以的，因為數學上是等價的，但實際上，這是一個物理問題。

從一個最簡單的物理圖景開始。

在一條直線上，2個相同的小球以相同的速度大小相向運動，碰撞後可以推斷下邊2個結論：

a、2個物體的速度改變數是相同的。因為如果不同，那麼就可以通過物理學實驗來區分空間的左右，這裡既然是理想化的思維實驗，還是假設空間左右對稱的方便。

b、2個物體碰撞後速度方向改變，但是速度的大小是不變的。因為速度的大小如果變化，那麼就可以通過物理學實驗來區分時間的先後，這裡同樣出於方便，假設時間先後是對稱的。

（實際上，看一個小球碰撞的影片，很容易通過速度變大還是變小來判斷影片是正放的還是逆放的，現實的實驗，是可以區分時間的流逝方向的。）

在時空平面上，畫出2個小球碰撞的時空軌跡，容易知道，這個幾何圖像是上下對稱，也是左右對稱的，這是時空對稱性的自然推論。或者換個說法，2個小球發生了速度交換。

現在以其中一個小球做參照系，由於變換參照系不應該影響物理結果，2個小球發生速度交換，運動小球靜止，靜止小球以相同的速度大小運動。

到現在為止推斷出的物理實驗結果，只用到了對稱性的假設，不管物理世界滿足的是相對論中的洛倫茲變換，還是牛頓力學中的伽利略變換，都不影響上邊的分析結果。

2個小球是相同的，空間左右是對稱的，時間先後是對稱的，由這三點推導出速度交換的實驗結果。反過來，如果在實驗上發現了速度交換，假設空間跟時間都是對稱的，很自然會猜想2個小球應該有某樣屬性是相同的。

一個超高速運動的物體，質量增長得得跟地球一樣大，然後碰上了一粒小灰塵，突然，這個地球質量的物體被逼停，速度交換給了這粒小灰塵。如果不是愛因斯坦生造出質量變化這個概念，原本是容易理解這個物理結論的：這個超高速運動的物體跟小灰塵質量相同，所以發生了速度交換。可現在呢？愛因斯坦又去哪才能找到猜想中的那個相同屬性？

如果2個小球碰撞前後的時空軌跡並不對稱，那麼可以猜測，上邊猜想的那個「某樣屬性」對於2個小球來說是不同的。現在問題是：通過時空軌跡的分析，能否從數學上得到這個「某樣屬性」的表達式？

小球碰撞前後的速度會發生變化，給定時空的基礎變換，是容易得到一個與參照系無關的數學量來表示這裡的速度變化量的。這個量有如下特徵：

1、相同的物體，這個量是相同的。

2、這個量與小球的運動速度無關（與參照系變換無關）。

3、不同的物體，這個量是不同的。

很自然地，將這個數學量作為物體本身的「某樣屬性」是合適的。

到目前為止，通過理想化的思維實驗，應該能得到這個印象：一個與運動速度無關的質量概念是自然的，符合思維邏輯的。

下一篇文章，將從數學上來詳細推導這個數學量，並涵蓋伽利略變換、洛倫茲變換以及其他物理世界中不存在，空想出的其它變換來詳細說明質量的概念。