我们最初研究力学时会有一种印象，认为在这门科学分支中，一切都是简单、基本和一成不变的。但我们很难想到，一条重要的线索近三百年来未曾有人注意过。这条被忽视的线索与力学的一个基本概念有关，那就是 质量 。

让我们回到那个简单的理想实验，即小车在绝对光滑的路上运动。小车起初静止，然后推它一下，它将以一定的速度匀速运动。假定力的作用可以随意重复，推的机制每次都以同样的方式起作用，并且给同一辆车施加同样的力，那么无论把这个实验重复多少次，小车最后的速度总是一样的。但如果把实验变一下，车上原先是空的，现在给它装上东西，结果会怎样呢？装上东西的车的末速度会比空车小些。结论是：如果同样的力作用于原本静止的两个不同物体，所产生的速度将会不同。因此我们说，速度与物体的质量有关，质量越大，速度越小。

因此，我们至少在理论上知道如何测定物体的质量，或者更确切地说，知道如何测定一个质量比另一个质量大多少倍。我们把同样的力作用于两个静止的质量，若发现第一个质量的速度比第二个质量的速度大3倍，我们就可以断言，第一个质量比第二个质量小3倍。当然，对于测定两个质量之比来说，这种方法并不很实用。不过，以惯性定律的运用为基础，我们完全可以设想已经以诸如此类的方法做到了这一点。

我们实际上是如何测定质量的呢？当然，不是以刚才描述的那种方法。人人都知道正确的答案，我们把物体放在天平上称一下就测定出了它的质量。

让我们更仔细地讨论一下测定质量的这两种方法。

第一个实验与重力即地球引力毫无关系。被推之后，小车沿着绝对光滑的水平面运动。使小车停留在平面上的重力并不改变，对于测定质量完全不起作用。而称量则完全不同。如果地球不吸引物体，或者说如果不存在重力，那么永远也无法使用天平。测定质量的这两种方法的差异在于：第一种方法与重力毫无关系，第二种则本质上依赖于重力的存在。

我们问：如果用上述两种方法来测定两个质量之比，我们会得到同一结果吗？实验给出的回答很清楚：结果是一样的。我们不可能预先知道这个结论，因为它并非基于理性，而是基于观察。为了简洁，我们把用第一种方法测出的质量称为“惯性质量”，而把用第二种方法测出的质量称为“引力质量”。在我们的世界中，它们碰巧相等，但我们完全可以设想它们并不相等。这样就立即产生了另一个问题：这两种质量的相等是纯属偶然呢，还是有更深的意义？从经典物理学的观点来看，回答是：这两种质量的相等是偶然的，再无更深的意义可以赋予它。现代物理学的回答却恰恰相反：这两种质量的相等具有根本性的意义，它是一个新的至关重要的线索，引导我们走向更深刻的理解。事实上，它是发展出所谓广义相对论的最重要的线索之一。

如果一个侦探故事把奇特的事件解释成偶然的，那它似乎就不是一个好故事。让故事遵循理性模式，肯定会更让人满意。同样，只要能与观察到的事实相一致，那么能对引力质量和惯性质量的相等作出解释的理论要比把这种相等解释成偶然的理论更好。

既然惯性质量和引力质量的这种相等对于相对论的提出具有根本意义，这里我们就应对它作出更为细致的考察。何种实验令人信服地证明了这两种质量是相等的？答案其实已经存在于伽利略从塔上丢下不同质量的物体那个古老实验里了。他发现不同质量的物体下落时间总是相同的，落体的运动与质量无关。要把这个简单但又极为重要的实验结果与这两种质量的相等联系起来，还需要相当复杂的推理。

一个静止的物体在外力的作用下开始运动，并获得一定的速度。它就范的难易程度依赖于它的惯性质量。质量越大，对运动的抵抗就越强。不那么严格地说：一个物体对外力的感召作出回应的难易程度依赖于它的惯性质量。倘若地球真以同样的力来吸引所有物体，那么惯性质量最大的物体将比其他物体下落更慢。但事实并非如此，所有物体都以同样的方式下落。这意味着地球吸引不同质量的力必定是不同的。而地球以重力来吸引石头，对于石头的惯性质量一无所知。地球的“感召”力依赖于引力质量，石头的“回应”运动则依赖于惯性质量。既然“回应”运动总是相同的，也就是说，从同一高度丢下的所有物体都以同样的方式下落，由此可以推断：引力质量与惯性质量相等。

物理学家会把这一结论更加学究地表述为：落体的加速度与其引力质量成正比，与其惯性质量成反比。既然所有落体都有相同的恒定的加速度，所以这两种质量必定相等。

在我们这个绝妙的侦探故事中，没有什么问题已被一劳永逸地彻底解决。300年后，我们不得不重新回到初始的运动问题，修改研究程序，寻找曾被忽视的线索，从而得到一幅不同的宇宙图景。 PcaltQ8vFkcx5w6sWx9CWq8SX6yZkrdQNEbqkJNjf0ZnSzG/Oxa7F0VPcKUravm4