从本质上说,惯性质量和引力质量有区别,在广义相对论中,爱因斯坦把“惯性质量=引力质量”作为等效原理,建立了广义相对论。
如果我们不加深思,可能会理所当然地认为“惯性质量”和“引力质量”是一样的,如果我们更深入地了解这两个物理量,就会发现这当中暗藏着更深刻的机制。
惯性质量描述的是物体惯性大小的量,体现在物体加速或者减速时对外力的抵抗能力;而引力质量,描述的是物体产生引力场的能力,或者与其他引力场相互作用的能力。
我们稍作思考,就会发现惯性质量和引力质量,完全是两个物理概念,出现在两个物理学定律当中(牛二定律和万有引力定律),两者之间除了单位一样外,并无其他联系。
但是现在我们知道,引力质量和惯性质量在人类接触的实验范围内,是严格成正比关系的,而且正比系数是“1”,相关实验的精度已经达到了10^-12数量级。
在十九世纪,奥地利物理学家马赫,就严厉地批判了牛顿的绝对运动观念,马赫认为事物的一切运动、加速度都是相对的,认为绝对空间并不存在,提出物体表现出来的惯性,是宇宙中其他所有物体作用的结果,这一观念被爱因斯坦称之为“马赫原理”。
马赫原理深刻地影响了爱因斯坦,并被利用在了爱因斯坦的广义相对论中,提出了广义相对论的等效原理“惯性质量和引力质量相等”,等效原理是广义相对论的两个基本假设之一(另外一个是广义相对性原理)。
所以,广义相对论本质上,也没有解释惯性质量和引力质量相等的根本原因,但是从广义相对论的推论来看,惯性质量和引力质量肯定有着更深刻的联系。
在相对论中,质量和能量是统一的,而能量才是根本属性,质量只是能量的一种表现;物体加速需要能量,那么质量必然会增加,而且加速后的物体,所在参考系的空间尺度会发生变化(相对论尺缩效应),在引力场中,引力质量也会导致空间的弯曲。