摘要　由于人们以前一直没有认识到无形态物质的存在，所以直接把物理规律建立在数学参考系上，这使得物理规律脱离了其本身的客观实际。 通过分析运动物体与无形态物质的作用，我们将对惯性质量、牛顿第二定律、动能方程、质能方程、动量等重新深刻地认识，从而揭示出物理规律的本质。

　　关键词　惯性质量，牛顿第二定律，动能，质能方程，动量

　　物体的一切运动规律不是依赖于绝对的数学空间，而是依赖于物质空间。

　　我们在前面打过一个比方：鱼在水中游，水相对于河岸流动。

　　那么，鱼的受力和运动规律是与什么有关呢?

　　鱼的受力和运动规律是与水流密不可分的，而不是与岸边的数学参考系直接联系在一起。

　　物体好比是鱼，无形态物质好比是水；物体的运动规律依赖于它所处的总无形态物质空间，而不是直接依赖于数学空间。

　　在了解物理规律之前，我们必须对最基本的物理概念剖析清楚。只有这些物理概念清楚了，物理学才会更加坚实！

　　1、引力质量与惯性质量

　　人们以前并没有区分惯性质量和引力质量，而是统一的把它们称为质量。其实它们有着本质的区别。

　　[引力质量]

　　引力质量反映了物体所含物质量的多少，是恒量，仍然用表示。

　　[惯性质量]

　　而惯性质量反映了物体的运动特性，反映的是物体受到外力的时候加速的难易程度，是变量。

　　惯性质量不仅与物体自身的引力质量有关；惯性质量也与物体所处空间的无形态物质密度有关，（无形态物质密度不同，即使是同一物体，它的惯性质量也会不同。）；惯性质量还与物体相对于无形态物质空间的运动速度有关。（低速时物体加速容易，高速时物体加速就较难。）

　　下面用代表惯性质量，则

　　 (2.1)

　　 是惯性质量与物体所处空间的无形态物质密度之间的函数关系。

　　 是惯性质量与物体相对于无形态物质空间的运动速度之间的函数关系。

　　在地表空间，无形态物质的密度较均匀为，令 ，则

　　 由考夫曼等许多人所做的质量与速度关系的实验可知

　　 (2.2)

　　在低速时近似等于1，则在地表低速时

　　可见，在地表，物体低速运动时，物体的惯性质量与引力质量在数值上是等效的。（只是在数值上等效，它们在本质上是完全不同的。）

　　请注意，(2.2)式中的光速是物体所处总无形态物质空间对应的光速。

　　[厄缶实验]

　　匈牙利物理学家厄缶在1906年

　　做了一个著名实验，证明引力质量与

　　惯性质量相等。如图2.1 。质点用

　　弦线悬挂起来，总会达到平衡位置，

　　它会受到三个力，1）地球的引力G，

　　指向地球的中心；2）因地球的自转

　　质点会受到一个惯性离心力F；3）弦线对质点的张力T 。

　　重要的是，G正比于引力质量，F正比于惯性质量。厄缶仔细地比较

　　了各种不同物质，如木、铂、铜、石棉、水、硫化铜等等，悬挂起来后弦

　　线平衡位置所发生的变化，结果看不出什么变化。

　　物理学家认为这个“零”实验结果意味着引力质量等于惯性质量。

　　……

　　如何理解厄缶实验呢？

　　要知道厄缶实验是在地表的同一地点进行的，且物体的速度为零。

　　我们说，惯性质量与引力质量满足下面的关系

　　在地表，；而 时，，由此可得

　　所以，在厄缶实验中，各种不同物体的惯性质量与引力质量等效是必然的。

　　——如果物体所处空间无形态物质密度不同或物体运动速度不同，引力质量和惯性质量就不会等效了。

　　2、牛顿第二定律

　　 物体所受合外力为零时，物体相对于它所处的总无形态物质空间的加速度为零。

　　当物体所受合外力不为零时，物体相对于它所处总无形态物质空间的加速度与物体惯性质量的乘积等于物体所受合外力。

　　 (2.3)

　　 这才是更深刻的牛顿第二定律。

　　说明：

　　牛顿在《自然哲学的数学原理》中描述他的第二定律的时侯，是这样说的：动量的改变和所加的动力成正比。 （2.4）

　　这是牛顿第二定律的原始表达方式。

　　注意，牛顿时代认为质量是不随速度变化的。当惯性质量是随速度变化的时候，动量已经不是的形式了。

　　——在后面你会了解动量的形式。

　　我之所以重新描述惯性质量，我之所以重新描述或者说是定义第二定律就是为了使物理概念更加明确、清晰。

　　3、动能方程

　　物体的动能是物体相对于它所处的总无形态物质空间运动所具有的能量。

　　我们来推导一下动能 。假如质点开始相对于总无形态物质空间静止，则此时的动能为零；质点在外力作用下直线运动，当质点运动的速率为时，它所具有的动能等于外力所做的功。即

　　把 及 代入，则

　　 ， 又 ， 则

　　 (2.5)

　　（1） 在地表物质空间中，物体低速运动时。

　　此时动能为

　　 (2.6)

　　这就是我们常见的动能方程。

　　（2）在一般情况下。

　　此时动能为

　　 (2.7)

　　这是在一般情况下的物体的动能公式。

　　（3）下面我们看一种特殊情况。

　　在地表，当物体运动速度等于光速时，它的动能是多少呢？

　　它的动能为

　　 (2.8)

　　这是什么？这不是质能方程吗！

　　4、质能方程

　　质量是守恒的，能量也是守恒的。

　　质量和能量是不能转化的，它们是本质上完全不同的两类东西。

　　原子核发生聚变时，会产生大量接近光速的高能“粒子”，这些“粒子”带走了质量；带走的质量是原子核减少的。这些“粒子”的动能是由原子核的内能转化来的。——质量是守恒的，能量也是守恒的。

　　从上面的动能公式(2.8)中不难看出，粒子带走的质量和能量满足的关系为

　　 （2.9）

　　现在我们很自然地理解了为什么会有这样的“质能方程” 。

　　……

　　爱因斯坦认为质量和能量可以转化，原子核聚变时释放的能量完全是由质量转化来的。

　　把质量、能量两类完全不同的东西等价起来难道不牵强吗？

　　[物质状态的改变]

　　大家都知道固体的熔解热，液体的汽化热。

　　例如，冰的熔解热——单位质量的冰在熔点时（0℃）完全熔解为同温度的水所需要的热量。

　　那么，无形态物质和形态物质相互转化时，是物质形态更根本的改变，这种转化是否伴随着能量吸收或释放呢？？？

　　我们可不可以这样说，宇宙中物质的最基本组成是无形态物质。形态物质是无形态物质中的一朵朵浪花。

　　无形态物质对应着一种能量态，无形态物质是低能态；是隐态。

　　形态物质对应着一种能量态，形态物质是高能态；是显态。

　　无形态物质对应着低能量态— 0 ，形态物质对应着高能量态— 1 。

　　无形态物质转化为形态物质时要吸收能量，物质由隐态变成显态。

　　——吸收的能量和转化的质量之间满足质能方程

　　反过来，形态物质转化为无形态物质时要释放出能量，物质由显态变成隐态。

　　——释放出的能量和转化的质量之间满足质能方程

　　能量是守恒的，质量是守恒的。

　　但是，物质状态的改变伴随着能量的吸收和释放。

　　我们再看一下玻色-爱因斯坦凝聚态所反映出的规律。

　　当形态物质温度接近绝对零度时，它已经没有了什么能量，所以快完全转化为无形态物质了。

　　[正负电子湮灭]

　　实验表明，正负电子对会湮灭成光子。光子的能量和电子的质量之间满足质能方程。

　　……

　　这是个形态物质转化为无形态物质的过程，形态物质转化为无形态物质要释放出能量，释放出的能量和质量之间满足质能方程，

　　反过来无形态物质转化成形态物质吸收的能量和质量之间也满足质能方程。——正负电子对的光生现象等就是这类转化的反应。

　　我们从原有的基础物理的观点来简要探讨一下正负电子湮灭。

　　电子有没有半径呢？

　　既然它是个粒子它就应该有半径，我们假设电子半径为，电量均匀地分布在电子的球面上，我们从最理想的情况来探讨一下电子湮灭（只考虑静电力作用）。

　　开始，正负电子远离的时候，它们之间的电势能为零。

　　任意时候它们之间的电势能为

　　 (2.10)

　　当正负电子完全融合了它们之间的电势能

　　——这时候形态物质转化为无形态物质，可见无形态物质是个很低的能态。

　　释放出的能量等于减少的电势能

　　由此计算的电子半径为

　　 (2.11)

　　特别强调的是，这是非常理想的计算，正负电子湮没的作用不会如此单纯，要知道无形态物质分布是有层次的，在电子附近无形态物质的密度要比地表真空中的大，此时的电容率要比大，电子的半径极可能比这个计算值还要小。

　　 可见，在正负电子湮灭中，我们所说的物质形态的改变伴随着能量的吸收和释放，与电势能转化成光能是等效的描述。

　　相对论认为在正负电子湮灭中，释放的能量是质量转化来的，那么请问，减少的电势能哪去了呢？

　　而且两个电子相互趋近的时候，动能增加，相对论认为他们的运动质量大了，总能量大了；为什么不是运动的质量全转化成能量？

　　朋友们，把质量、能量两类完全不同的东西等价起来难道不牵强吗？

　　[结合能]

　　我们再来看一下结合能，在结合能的定义中显然利用了关系式

　　那么，结合能的本质是否是存在类似于正负电子湮灭的过程呢？

　　换一句话说，质子、中子、原子核中都包含有正负电子这样的荷子成分；原子核构成时，对应着正负电子这样的荷子的湮灭。

　　例如，氘核是由一个质子和一个中子构成的；而氘核的质量比一个质子和一个中子的总质量减少了刚好是大约4个电子质量。

　　——相当于两对正负电子这样的荷子湮灭了。

　　例如，氚核是由一个质子和两个中子构成的，而氘核的质量比一个质子和两个中子的总质量减少了刚好是大约16个电子质量。

　　——相当于8对正负电子这样的荷子湮灭了。

　　例如，氦核是由两个质子和两个中子构成的，而氦核的质量比两个质子和两个中子的总质量减少了刚好是大约56个电子质量。

　　——相当于28对正负电子这样的荷子湮灭了。

　　结合能是对于能量伴随物质状态改变的另一种比较直白、比较方便的表述。

　　我们说质量就是质量，能量就是能量，它们是完全不同的两类东西，不能相互转化。

　　光子的质量也不为零，光子的质量为

　　相对论认为光子的静止质量必为零，那么根据相对论的质速关系、质能关系、动量公式，光子在介质中的能量、动量也必为零。这是与客观的物理事实完全相矛盾的！

　　5、动量

　　物体的动量是否就是(2.12)式这个形式呢？

　　 (2.12)

　　这并不准确，这样描述并没揭示动量的本质。确切地说，动量定理反映的才是动量的本质来源——外力作用在质点上的冲量，等于质点动量的增量。

　　如图2.2，一个不受外力的系统之所以

　　动量守恒，是因为系统的内力是作用力与

　　反作用力，总是大小相等，方向相反，而

　　且作用的时间总是对应相等；所以系统所

　　受总的冲量为零，系统的动量守恒。

　　外力作用在质点上的冲量，等于质点动量的增量。

　　我们让物体初速度为零，在外力作用下直线运动，来推导一下动量的公式。

　　 ， 又 ，

　　代入得

　　当物体的速度时，物体的动量 ，任意时的动量

　　 （2.13）

　　（1）在地表，物体低速运动时，为常量。

　　 （2.14）

　　这就是我们常见的动量公式。

　　速度的方向就是动量的方向，用矢量表示，则

　　（2）在一般情况下，

　　 （2.15）

　　这是一般情况下，动量的公式。

　　速度的方向就是动量的方向，用矢量表示，则

　　为速度方向的单位方向矢量。

　　（3）我们看一种特殊情况， 在地表，当物体的速度 时，物体动量的大小为多少呢？

　　在地表， ，而当 时， ，则

　　 (2.16)

　　[ 自然界有负质量虚质量吗 ？]

　　有一些科学家通过测量粒子的能量、动量来计算粒子的静止质量。他们利用相对论能量、动量的公式来计算：

　　 (2.17)

　　 是粒子运动时的能量，是粒子静止时的能量，是粒子运动时的动量。

　　由于， 所以

　　 (2.18)

　　是粒子的静止质量。

　　科学家们精确地测量了粒子的能量 、动量，却发现： 小于零，为负值。

　　也就是说，一个粒子静止质量的平方为负值。

　　一个粒子静止质量的平方为负值有意义吗？！显然没有，这恰恰说明相对论能量、动量的公式可能是错误的。

　　科学家们发现自己的测量很准，又不能反对相对论，所以就认为粒子有虚质量。

　　朋友们，自然界中有什么负质量、虚质量吗？！

　　我们不妨看一些浅显的例子：

　　我们说大家每个人手里有一个苹果，这种客观实在大家都见过、都理解。

　　我们说大家每个人手里有一个负苹果，这种客观实在有谁见过？又有谁能理解？！

　　我们说大家每个人手里有一个虚苹果，这种客观实在有谁见过？又有谁能理解？！！

　　唉！我们探讨物理问题无论如何绝对不能违背客观事实呀！

　　那么为什么 小于零，为负值呢？

　　前面我们推导了，在地表，当粒子的速度 时，

　　粒子的动量为：

　　粒子的能量为：

　　这时

　　 (2.19)

　　这个值显然小于零。

　　可见，当物体高速运动时， 小于零是非常自然的事情。并不是粒子有虚质量。

　　6、函数的形式

　　下面我们来初步推论一下函数的形式。

　　惯性质量是物体与无形态物质空间作用的结果，根据逻辑推断，当无形态物质密度成倍增大时，惯性质量如果成倍增大较为理想，则函数的形式为

　　 (2.20)

　　 为惯性系数，由于 ，所以 ；为地表空间的无形态

　　物质密度。

　　我们来看一下某一光子在不同密

　　度的无形态物质空间中运动时的能量。

　　我们来看一下，光子的速度不同，能

　　量是否相同？？？

　　如图2.3，设某一光子的质量为 ，我们来计算一下光子在不同密度的无形态物质空间中运动时的能量。

　　由动能公式（2.7）式可知光子的能量（动能）为

　　 (2.21)

　　在无形态物质密度为的空间，光子的能量为

　　在无形态物质密度为的空间，光子的能量为

　　可见，光子在不同密度的无形态物质空间中传播时，速度虽然不同，但能量是守恒的。

　　也许，这正是光的和谐美妙之处吧！！

　　7 、反射定律、折射定律

　　如图2 . 4，我们知道，当一个小球在

　　光滑平面上完全弹性碰撞时，小球的能量

　　不变，小球所受外力是法线方向的，小球

　　动量在切线方向的分量不变。

　　如图2 . 5，同样，当光子在介质分界

　　面上反射或折射时，光子的能量不变，光

　　子动量在切线方向的分量不变。

　　在1区：

　　光子能量为

　　光子动量大小为

　　在2区：

　　光子能量为

　　光子动量大小为

　　[反射定律]

　　反射前光子动量在切线方向的分量：

　　反射后光子动量在切线方向的分量：

　　 （2.22）

　　入射角等于反射角——这正是反射定律。

　　[折射定律]

　　折射前光子动量在切线方向的分量：

　　折射后光子动量在切线方向的分量：

　　把 ， 带入，则

　　 即

　　由于， ，又

　　所以， （2.23）

　　这刚好是光在介质面上的折射定律。

　　朋友们，我们在经典物理的自然、客观、合理的时空框架之下，提出了无形态物质的思想，使得物理规律更加本质、切实了！使得所有物理规律、物理实验、物理现象变得非常自然、融洽、符合逻辑了！

　　 齐绩

　　 1991年11月初稿

　　其后多次润色

　　参考文献：

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　　1987年。

　　[3] 郭弈玲、沈慧君编. 著名经典物理实验. 北京科学技术出版社，

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　　[7] 马文蔚改编. 物理学. 高等教育出版社，1999年。

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　　[9] 黄德民.论物理现象的本质.陕西科学技术出版社，2001年。

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　　[13] 《世界科学译刊》

　　[14] 《自然科学哲学问题丛刊》

　　[15] 《 Scientific American 》 期刊

　　[16] 《物理学报》

A NO-SHAPE-SUBSTANCE IS THE FOUNDATION

　　ALL PHYSICS LAWS DEPEND ON

　　—— The Second Part of New Physics

　　JI QI

　　( School of Electronic Engineering ,Daqing Petroleum Institute,

　　Daqing 163318,China.E-mail: qiji8111@163.com )

　　Keywords: Inertial Mass, Newton’s Second Law, Kinetic Energy, Mass-Energy Equation, Momentum