惯性质量等价于引力质量证明
2026-03-12 11:24:45
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作者张祥前交流微信18714815159

牛顿力学认为,惯性质量反映了物体不容易被加速的程度,而引力质量反映了加速别的物体的能力。

在质量为M的物体o点相对于我们观察者静止情况下,相距r远的地方如果有一个小的质量为m的p点,受到o点引力F的作用,会使p点有一个指向o点加速度A,并且,在牛顿万有引力公式:

F =-G M m/r²

和牛顿第二定理:

F = m A 

中,牛顿在没有给出解释的情况下,把第二式中的惯性质量和第一式和中的引力质量等同起来,便有了牛顿引力场公式:

A =- G M /r²

这个就是人们常说的惯性质量等价于引力质量。

如果我们证明了p点指向o点加速度A,等于o点在p点处产生的引力场-G M /r²,也就是:

F =-G M m/r² = m A 

就可以证明惯性质量等价于引力质量。

下面我们来给出证明。

统一场论中,物体o点周围空间总是光速c向四周发散运动,o点的质量m和引力场A,是周围【立体角4π】包含多少条空间点矢量位移R【模是标量r,并且r = ct】,条数越多,质量越大、引力场越强。

我们用高斯球面s = 4πr²包围o点,我们在s上画一立体角Ω,Ω对应一小块面积△s= Ωr²上分布了一条空间矢量位移。

相应的引力场A【标量形式为a】几何定义为:

 a= - k/△s = - k/ Ωr²

k是换算因子。如果令k=G,则:

a= - G/△s = - G/ Ωr²

矢量形式为:

A = - k/ Ωr²[R/r]

或者A = - G/ Ωr²[R/r]

 通过和牛顿力学的引力场矢量形式:

A= - G m / r²[R/r]

对比,可以知道质量:

m =  k  /GΩ  

令k=G的话,则m =  1 /Ω  

由于立体角可以任意等分,用1 /Ω  可以表示质量大小,没准人类以后的质量计量单位就是立体角的倒数。

立体角Ω【或者说△s】所对应的引力场通量为:

a  △s  = (G m /r²)Ωr² = G m Ω 

R【数量为r】是由o点指向p点的位置矢量,p点在高斯球面s上,p是一个质量很小的物体粒子,也可以看成是我们的考察点,或者叫场点,在统一场论中可以是空间点。

现在设想R大小不动,箭头沿垂直方向以速度v匀速率环绕运动,划了v t【t是一小段时间】这么远路程,再沿另一个垂直方向以匀速率v’划了v’t这么远路程。

在v 的数量等于v’的情况下,结果构建了一个正方形:

△s =∣v∣t×∣v’∣t = v²t²

我们把引力场方程a= -k/△s 中的△s用这个v²t²来替换,则有:

a= -k/△s =-k/v²t²

写成矢量为:

A = -k R /r v²t²

如果要求引力场A等于位移R除以时间的平方【加速度形式】:

A = - 2R /t²

则要求:

k /2r v²=1

由以上的引力场通量 k = mG Ω,可以得到环绕速度:

v² =m G Ω/2 r

v和r只有先固定一个值,才可以得到一个确定的引力场。

在统一场论中,p点可以是空间点,v可以是空间点容易运动速度,即使是光速,以上推理仍然成立。

证明完毕。

 
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