在一般情況下,物體的質量不因靜止或運動而有所變化。一個人在地上站著,質量是60公斤,當他乘上運動的火車,質量還是60公斤。這在低速世界當然是事實的。可是當這個人乘上高速運動的飛船的時候,它的質量卻不是60公斤了,而是比60公斤要多。飛船的速度和光速越接近,人的質量變化就越顯著。
如果飛船速度達到光速,人的質量將變成無限大。當然這是不可能達到的。這也說明,一般物體的速度不可能達到光速。
現在我們進一步來討論這一問題。
設想某一慣性物體以某一確定的速度運動,這就必須將一定的力作用於該物體。如果沒有外力,比如摩擦力,來阻滯物體的運動,我們將能按需要來加速物體運動的速度。我們發現,用一定大小的力加速不同物體的運動,使其達到所需要的運動速度,就必須用不同的時間。
為了排除摩擦力,我們設想,在宇宙空間由兩個同樣大的球體,一個用鉛做成,另一個用木做成。現在用同樣的力作用於這兩個球體,直到將它們的運動速度增加達到每小時10公裏。
顯然,將一定的力作用於鉛球的時間,比作用於木球的時間要長些。鉛球的質量比木球的質量大。在恒力作用下,速度的加大是與時間成正比的。所以質量與加快一個慣性物體運動速度所需時間有關。這就是說,質量同時兼有一定的比例,其比例係數由所加的力而定。
質量是一切物體的重要的屬性。我們習慣於永恒不變的物體質量,即物體的質量不因物體運動速度的不同而不同。這同我們下麵的結論是一致的:在一種恒力的持續作用下,速度的增加與力作用於物體的時間長短成正比。
這一結論是基於速度相加定理之上的。但是我們在前麵已經正式,速度相加定理不能在一切情況下都適用。
比如說,我們用兩秒的時間,對一個物體施加一定的力之後,將獲得多大的速度呢?我們通常使用普通的速度相加規則測球物體的末速度,即把第一秒末的速度與物體在第二秒獲得的速度相加,以求得第二秒末的速度。
我們可以這樣繼續不斷的加下去,一直到使物體運動的速度接近光速。在這種情況下,速度相加這一陳舊的定理就不再適用了。根據相對論的觀點,速度相加定理在這種情況下就無能為力了。如果繼續運用這一陳舊定理,我們得到的速度就要比預想的速度小。這就是說,在高速運動中,速度的加大不再同對物體加力的時間長短成正比。換句話說,雖然以同樣的時間將一定的力作用於物體,但是物體運動速度的加大率,要比在低速運動中小。出現這種情況是很自然的,因為宇宙間存在一個最高速度。如果將恒力作用於一個物體,當這個物體的運動速度在逐漸接近光速的過程中,它的運動速度加大的比例就會越來越小。因為物體運動的速度永遠也不能超過速度的最高極限,即光速。
物體的引力能使光線彎曲
隻要物體運動速度與物體外加力的時間是成正比例的增加,我們就可以認為,質量與物體運動速度是無關的。但是,一旦物體運動速度接近光速,時間與速度的增加就失去了比例,於是質量就變得與速度息息相關了。由於時間可以無限加長,而速度卻不能超越最高極限。由此我們發現,質量隨速度的增加而增加,而且當物體運動速度達到光速時,質量就成為無限大。
計算結果表明:運動物體的質量隨其長度的縮減而增加。這樣,一列愛因斯坦火車在以每秒24萬公裏的速度運行時,其質量要比它在靜止時大10/6倍。
很顯然,與光速相比,我們日常接觸的一般速度就顯得微不足道了。所以在低速世界裏,我們可以不考慮質量在運動中的變化,也不必考慮物體運動速度與其體積之間的關係。同樣,也不必考慮兩個事件發生之間的時間間隔同事件觀察者的運動速度之間的關係。