你很聪明吗？估计能点开这篇文章的小伙伴，即使不是天才，也是百里挑一。以我为例，智商137，不是天才，但肯定能秒杀一片，物理基本上都是满分。不过，有一个中学物理概念，直到大学，我才搞明白。不仅如此，历史上无数的物理学家，也没看出来，直到228年后，才被爱因斯坦升级为原理。

这究竟是一个什么样的概念呢？

这个概念就是质量。质量有什么好说的呢？它是物体惯性的度量，物体的质量越大、惯性就越大。而惯性，就是物体保持运动状态的一种能力。简单说就是，物体的质量越大，改变运动状态就越困难。

如果大家对中学物理还有印象的话，应该还记得学习质量概念的时候，还有这个性质：质量不随位置的改变而改变。就是说，一个物体的质量，在地球上是多少，到太空中仍然是多少。当然了，了解狭义相对论的人都明白，物体的质量并不是一个固定的值，速度增加，质量会增大，其质量变化满足洛伦兹协变约束。

不过，我要说的不是这个，而是两种质量的问题，这个问题来自质量的测量方法。

惯性（加速）质量

回忆一下实验课上我们是如何称量质量的？很简单吧，使用天平。把被测物体放在已经调平的天平左边的托盘里，在右边的托盘里添加砝码，砝码如果不够用，就调节天平上的游码。把所有的砝码和游码加起来就等于托盘左边被测物体的质量。

天平其实是一种利用加速度来测量物体的质量仪器。不论把天平移动到地球上的什么位置，在该处，天平两边托盘中的物体所受到的地球引力产生的加速度的大小都一样。物体的质量在任何位置大小都不变化的结论正是源自质量的这个测量方法。

牛顿力学的另外一个伟大贡献就是万有引力定律，数学表达式为F=GMm/r^2，式子中，G为万有引力常数、M表示物体1的质量，m为物体2的质量。这个公式给我们提供了一种测量天体质量的办法。

我们可以定义好1千克的标准物体，然后用这个公式就能计算出地球的质量，当然了，前提条件是，我们要把这个物体的质心到地球的质心之间的距离测量得足够准确。但不管怎么样，万有引力公式，都给我们提供了另外一种不同于天平的测量物体质量的方法。

我知道你一定跟我一样，在处理问题的时候都是这么弄的，同一个物体的质量在惯性质量和引力质量之间就是相等的。就如前面提到的，先定义好1千克质量的标准物体，然后再去称量地球的质量这个过程中，默认了惯性质量等于引力质量。

你可能会说，这当然没错啊，在地球的某一点上标定出一个1千克的物体，拿到地球的任意一处，仍然是1千克。这个1千克物体测量的时候可以用天平测量出来，它受到的地球引力产生的加速度是g，在同一个位置测量地球的质量，这个标定好的1千克物体就能直接拿来用，没变。

事实上，这样的测量过程已经隐含了：惯性质量等于引力质量。我在学习质量概念的时候，与爱因斯坦之前的物理学家们一样，想当然地认为这两个质量就是同一个质量。这两个质量真的是同一个质量吗？

在牛顿于1687年发表了著名的《自然哲学的数学原理》一书的228年后，爱因斯坦用它的升降机思想实验，清晰地表达了他的等效原理的思想。

设想一个观测者处在一个封闭的升降机内，得不到升降机外部的任何信息。当他看到升降机内的一切物体都自由下落，下落的加速度a与物体的大小及物质的组成无关时（此时，他自己也感受到重力Ma ，M是他自身的质量），他无法断定自己处在下列情况的哪一种：

1、升降机静止在一个引力成为a的星球表面；

2、升降机在无引力场的太空中以加速度a运动。

当观测者感到自己和升降机内的一切物体都处于失重状态时，他同样无法断定自己处在下列两种情况的哪一种：

1、升降机在引力场中自由下落；

2、升降机在无引力场的太空中做惯性运动。

这意味着，没有办法使用任何力学实验来区分引力场和惯性场，即等效原理造成了上述不可区分性。然而，引力场与惯性场还是有不同之处，我们简述下面的差别：

1、引力场与惯性场在大范围，或者说有限大小的时空范围内不等效；

2、引力场对时空产生内禀效应，使时空弯曲，而惯性场不产生这种效应，不改变时空曲率；

3、引力产生于物体间的相互作用，有反作用力；惯性力与物体的相互作用无关，没有反作用力。

4、惯性场可以通过一个整体坐标变换加以消除，引力场却不能（引力场只能在“时空的一点”被局域坐标变换所消除）。

上面列举的差别告诉我们，等效原理是一个局域性的原理。后人进一步把等效原理写成强弱两种形式：

1、弱等效原理：引力场与惯性场的力学效应是局域不可分辨的；

2、强等效原理：引力场与惯性场的一切物理效应都是局域不可分辨的。

匈牙利物理学家厄缶在1900年前后，改进了扭秤的设计，使悬杆两端的两个重物不仅有水平距离，而且还有垂直距离，耗时25年时间，证明了引力质量和惯性质量在10^-8的精度内是相等的。这一结果为爱因斯坦提出等效原理提供了依据。

20世纪60年代，迪克改进了厄缶的实验，把精度进一步提高到10^-11，此后布拉金斯基于1971年和S·Basseler于1999年分别把精度提高到10^-12。如今更有在太空中的两种质量实验，都没有测出惯性质量与引力质量的差别。

应该得出结论：引力质量和惯性质量相等是得到实验支持的事实；比较自然的理解是，引力质量和惯性质量可能是同一个东西。

关于两种质量的问题就讲述完了，有没有感觉智商被爱因斯坦碾压？一个暴露在我们眼皮底下的问题，却花费了人类228年的时间，才揭开背后的秘密，为广义相对论奠定了基础，成为现代物理学的基石之一。科学是朴素的，但需要智慧的大脑才能发现。