物体在高速运动状态下的引力质量和惯性质量

物体在高速运动状态下的引力质量和惯性质量

陈金友

福建省南平市滨江中路447号A座904室

邮政编码 353000 联系电话：[1**********]

本文对物体在两个不同黑洞巨大引力分别作用下，作高速运动时的惯性质量和引力质量进行了研究，通过数字仿真计算，得出物体在以接近光速的速度运动时，它的惯性质量和引力质量，将有可能变得不一致的结论。

关键词：高速运动;引力质量;惯性质量 PACS:04.90.+e;04.70.-s

1 引 言

在现代物理学中，人们做了许多实验，以极高的精确度证明，物体的惯性质量总是和它的引力质量成正比，在选用适当的单位的情况下，可使惯性质量和引力质量在量值上完全相等，所以我们通常对物体的这两种质量不再加以区别。在爱因斯坦建立的广义相对论中，也认为惯性质量和引力质量是等同的。当物体的运动速度接近光速时，情况会怎样呢？下面我们对这种情况进行研究。

2 四种情况下的数字仿真

2.1 假设有一个黑洞，其引力质量为M，在与这个黑洞距离为R。的位置上，有一个引力质量为m。的物体A，设黑洞的引力质量M为太阳引力质量的100亿倍，已知太阳的引力质量为mt=1.99*1030千克，引力常数G=6.67*1011（米3/秒2.千克），R。=1.5*1011米，则：G*M=6.67*1011*1.99*1040=1.334*1030

下面分两种情况进行讨论。

2.1.1 假设物体A在高速运动时，物体A的惯性质量mg和它的引力质量my都随物体A运动速度的增大而增大，惯性质量mg总是和它的引力质量my相等，则物体A所受到的黑洞的引力为： F=

G*M*my

2

(Ros)

这里s代表物体A在t时刻的运动距离。

物体A在黑洞的引力作用下，开始朝黑洞做加速度运动，假设加速度为a,则：

a=

Fmg

所以： F=a*mg

G*M*my

=a*mg

(Ros)2

因为my=mg 所以：

G*M

=a

(Ros)2

设s的二阶导数为s’’，则： a=s’’ 所以： S’’=

G*M

(Ros)2

1.334*1030

S’’= 112

(1.5*10s)

根据（1）式，我们可以得到下面的matlab数字仿真模型（1）：

模型文件hd1.mdl中的模型（1）

根据上面的matlab数字仿真模型，我们可以得到仿真图形如下：

模型文件hd1.mdl产生的仿真图形

在上面的图形中，上图为物体A与黑洞的距离曲线，下图为物体A运动的速度曲线。从上面的图形中可以看出，当物体A即将与黑洞相撞时，物体A的运动速度出现急剧的增大，最终速度达到1.329*1011米/秒，是光速的443倍。

2.1.2 假设物体A在高速运动时，物体A的惯性质量mg随物体A运动速度的增大而增大，而它的引力质量my却始终保持不变，一直为物体A的初始质量m。,即惯性质量mg和它的引力质量my不相等，则物体A所受到的黑洞的引力为： F=

G*M*myG*M*m。

=

(Ros)2(Ros)2

物体A在黑洞的引力作用下，开始朝黑洞做加速度运动，假设加速度为a,则：

a=

F mg

所以： F=a*mg

G*M*m。

=a*mg 2

(Ros)

根据爱因斯坦的广义相对论，有

。

所以：

G*M*m。

。

2

(Ros)G*M

(Ro

s)2

这里，v代表物体A运动的速度，c代表光速。 设s的一阶导数为s’，s的二阶导数为s’’，则： v=s’ a=s’’ 所以： S’’=S’’=

G*M2

(Ro

s)G*M(Ro

s)21.334*1030

S’’=112

(1.5*10

s)

根据（2）式，我们可以得到下面的matlab数字仿真模型（2）：

模型文件hd_1.mdl中的模型（2）

根据上面的matlab数字仿真模型，我们可以得到仿真图形如下：

模型文件hd_1.mdl产生的图形

在上面的图形中，上图为物体A与黑洞的距离曲线，下图为物体

A运动的速度曲线。从上面的图形中可以看出，当物体A开始朝黑洞运动时，物体A的运动速度出现快速上升，当物体A运动了10秒左右时，速度达到了接近光速，此后物体A的运动速度基本保持在接近光速，在物体A运动了350秒后，其运动速度开始出现下降，当物体A运动了420秒后，其运动速度开始出现剧烈的变化，但物体A的运动速度始终都没有超过光速。

2.2 假设有一个黑洞，其引力质量为M，在与这个黑洞距离为R。的位置上，有一个引力质量为m。的物体A，设黑洞的引力质量M=6*1024千克，引力常数G=6.67*1011（米3/秒2.千克），R。=6.38*106米，则：G*M=6.67*1011*6*1024=4*1014

下面分两种情况进行讨论。

2.2.1 假设物体A在高速运动时，物体A的惯性质量mg和它的引力质量my都随物体A运动速度的增大而增大，惯性质量mg总是和它的引力质量my相等，根据上面给出的参数，我们可以得到下面的matlab数字仿真模型（3）

模型文件hd3.mdl中的模型（3）

根据上面的matlab数字仿真模型，我们可以得到仿真图形如下：

模型文件hd3.mdl产生的仿真图形

在上面的图形中，上图为物体A与黑洞的距离曲线，下图为物体A运动的速度曲线。从上面的图形中可以看出，当物体A即将与黑洞相撞时，物体A的运动速度出现急剧的增大，最终速度达到1.122*108米/秒，是光速的0.374倍。

2.2.2 假设物体A在高速运动时，物体A的惯性质量mg随物体A运动速度的增大而增大，而它的引力质量my却始终保持不变，一直为物体A的初始质量m。,即惯性质量mg和它的引力质量my不相等，根据上面给出的参数，我们可以得到下面的matlab数字仿真模型（4）

模型文件hd_3.mdl中的模型（4）

根据上面的matlab数字仿真模型（4）进行数字仿真，我们可以得到仿真图形如下：

模型文件hd_3.mdl产生的图形

在上面的图形中，上图为物体A与黑洞的距离曲线，下图为物体

A运动的速度曲线。从上面的图形中可以看出，当物体A即将与黑洞相撞时，物体A的运动速度出现急剧的增大，最终速度达到1.122*108米/秒，是光速的0.374倍，结果与情况2.2.1相同。

从上面的讨论中我们可以看出，当物体的运动速度没有接近光速时，则不管惯性质量mg和它的引力质量my是否相等，物体在引力作用下，仿真结果都是一样的。

3 结 论

由此我们可以看出，物体的惯性质量mg和它的引力质量my，在物体以接近光速的速度运动时，将有可能变得不一致。即当物体在以接近光速的速度运动时，它的惯性质量mg会随物体运动速度的增大而增大，但它的引力质量my却会始终保持不变，此时物体的惯性质量和引力质量的不一致就会显现出来。

物体在高速运动状态下的引力质量和惯性质量

陈金友

福建省南平市滨江中路447号A座904室

邮政编码 353000 联系电话：[1**********]

本文对物体在两个不同黑洞巨大引力分别作用下，作高速运动时的惯性质量和引力质量进行了研究，通过数字仿真计算，得出物体在以接近光速的速度运动时，它的惯性质量和引力质量，将有可能变得不一致的结论。

关键词：高速运动;引力质量;惯性质量 PACS:04.90.+e;04.70.-s

1 引 言

在现代物理学中，人们做了许多实验，以极高的精确度证明，物体的惯性质量总是和它的引力质量成正比，在选用适当的单位的情况下，可使惯性质量和引力质量在量值上完全相等，所以我们通常对物体的这两种质量不再加以区别。在爱因斯坦建立的广义相对论中，也认为惯性质量和引力质量是等同的。当物体的运动速度接近光速时，情况会怎样呢？下面我们对这种情况进行研究。

2 四种情况下的数字仿真

2.1 假设有一个黑洞，其引力质量为M，在与这个黑洞距离为R。的位置上，有一个引力质量为m。的物体A，设黑洞的引力质量M为太阳引力质量的100亿倍，已知太阳的引力质量为mt=1.99*1030千克，引力常数G=6.67*1011（米3/秒2.千克），R。=1.5*1011米，则：G*M=6.67*1011*1.99*1040=1.334*1030

下面分两种情况进行讨论。

2.1.1 假设物体A在高速运动时，物体A的惯性质量mg和它的引力质量my都随物体A运动速度的增大而增大，惯性质量mg总是和它的引力质量my相等，则物体A所受到的黑洞的引力为： F=

G*M*my

2

(Ros)

这里s代表物体A在t时刻的运动距离。

物体A在黑洞的引力作用下，开始朝黑洞做加速度运动，假设加速度为a,则：

a=

Fmg

所以： F=a*mg

G*M*my

=a*mg

(Ros)2

因为my=mg 所以：

G*M

=a

(Ros)2

设s的二阶导数为s’’，则： a=s’’ 所以： S’’=

G*M

(Ros)2

1.334*1030

S’’= 112

(1.5*10s)

根据（1）式，我们可以得到下面的matlab数字仿真模型（1）：

模型文件hd1.mdl中的模型（1）

根据上面的matlab数字仿真模型，我们可以得到仿真图形如下：

模型文件hd1.mdl产生的仿真图形

在上面的图形中，上图为物体A与黑洞的距离曲线，下图为物体A运动的速度曲线。从上面的图形中可以看出，当物体A即将与黑洞相撞时，物体A的运动速度出现急剧的增大，最终速度达到1.329*1011米/秒，是光速的443倍。

2.1.2 假设物体A在高速运动时，物体A的惯性质量mg随物体A运动速度的增大而增大，而它的引力质量my却始终保持不变，一直为物体A的初始质量m。,即惯性质量mg和它的引力质量my不相等，则物体A所受到的黑洞的引力为： F=

G*M*myG*M*m。

=

(Ros)2(Ros)2

物体A在黑洞的引力作用下，开始朝黑洞做加速度运动，假设加速度为a,则：

a=

F mg

所以： F=a*mg

G*M*m。

=a*mg 2

(Ros)

根据爱因斯坦的广义相对论，有

。

所以：

G*M*m。

。

2

(Ros)G*M

(Ro

s)2

这里，v代表物体A运动的速度，c代表光速。 设s的一阶导数为s’，s的二阶导数为s’’，则： v=s’ a=s’’ 所以： S’’=S’’=

G*M2

(Ro

s)G*M(Ro

s)21.334*1030

S’’=112

(1.5*10

s)

根据（2）式，我们可以得到下面的matlab数字仿真模型（2）：

模型文件hd_1.mdl中的模型（2）

根据上面的matlab数字仿真模型，我们可以得到仿真图形如下：

模型文件hd_1.mdl产生的图形

在上面的图形中，上图为物体A与黑洞的距离曲线，下图为物体

A运动的速度曲线。从上面的图形中可以看出，当物体A开始朝黑洞运动时，物体A的运动速度出现快速上升，当物体A运动了10秒左右时，速度达到了接近光速，此后物体A的运动速度基本保持在接近光速，在物体A运动了350秒后，其运动速度开始出现下降，当物体A运动了420秒后，其运动速度开始出现剧烈的变化，但物体A的运动速度始终都没有超过光速。

2.2 假设有一个黑洞，其引力质量为M，在与这个黑洞距离为R。的位置上，有一个引力质量为m。的物体A，设黑洞的引力质量M=6*1024千克，引力常数G=6.67*1011（米3/秒2.千克），R。=6.38*106米，则：G*M=6.67*1011*6*1024=4*1014

下面分两种情况进行讨论。

2.2.1 假设物体A在高速运动时，物体A的惯性质量mg和它的引力质量my都随物体A运动速度的增大而增大，惯性质量mg总是和它的引力质量my相等，根据上面给出的参数，我们可以得到下面的matlab数字仿真模型（3）

模型文件hd3.mdl中的模型（3）

根据上面的matlab数字仿真模型，我们可以得到仿真图形如下：

模型文件hd3.mdl产生的仿真图形

在上面的图形中，上图为物体A与黑洞的距离曲线，下图为物体A运动的速度曲线。从上面的图形中可以看出，当物体A即将与黑洞相撞时，物体A的运动速度出现急剧的增大，最终速度达到1.122*108米/秒，是光速的0.374倍。

2.2.2 假设物体A在高速运动时，物体A的惯性质量mg随物体A运动速度的增大而增大，而它的引力质量my却始终保持不变，一直为物体A的初始质量m。,即惯性质量mg和它的引力质量my不相等，根据上面给出的参数，我们可以得到下面的matlab数字仿真模型（4）

模型文件hd_3.mdl中的模型（4）

根据上面的matlab数字仿真模型（4）进行数字仿真，我们可以得到仿真图形如下：

模型文件hd_3.mdl产生的图形

在上面的图形中，上图为物体A与黑洞的距离曲线，下图为物体

A运动的速度曲线。从上面的图形中可以看出，当物体A即将与黑洞相撞时，物体A的运动速度出现急剧的增大，最终速度达到1.122*108米/秒，是光速的0.374倍，结果与情况2.2.1相同。

从上面的讨论中我们可以看出，当物体的运动速度没有接近光速时，则不管惯性质量mg和它的引力质量my是否相等，物体在引力作用下，仿真结果都是一样的。

3 结 论

由此我们可以看出，物体的惯性质量mg和它的引力质量my，在物体以接近光速的速度运动时，将有可能变得不一致。即当物体在以接近光速的速度运动时，它的惯性质量mg会随物体运动速度的增大而增大，但它的引力质量my却会始终保持不变，此时物体的惯性质量和引力质量的不一致就会显现出来。