1、物体在高速运动状态下的引力质量和惯性质量陈金友本文对物体在两个不同黑洞巨大引力分别作用下，作高速运动时的惯佣甲昭宠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.-s1 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=千克，引力常数G=（米3/秒2.千克），R。=米，则：G*M==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=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=所以：F=a*mg=a*mg因为my=mg所以：=a设s的二阶导数为s’’，则：a=s’’所以：S’’=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==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=所以：F=a*mg=a*mg根据爱因斯坦的广义相对论，有Mg=所以：==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’’=*S’’=*(2)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=千克，引力常数G=（米3/秒2.千克），R。=米，则：G*M==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。