在我們的白話裡，“質量”和“重量”是經常無縫互換的術語，但從技術上講，它們絕不是雙胞胎。在科學術語中，“重量”和“質量”代表着清晰又嚴格的定義。那麼…他們有什麼區别呢？

“質量”定義為物體所含質量的多少，但“重量”表示單純在重力影響下一個有質量物理施加在另一個物體上的力，質量不受重量影響，重量是重力本身的體現。

圖解 : 用來測量物體重量的彈簧秤。

質量

質量定義為物體所含質量的多少，但是由于物質本身的定義的模糊不清，這個定義受到了很多質疑，定義質量的一種更簡潔和公認的方法是用慣性來定義它。

一個物體的慣性可以定義為抵抗外力使自身加速、移動，或是保持運動狀态直到其運動受到另一外力阻擋。

圖解：公元前六世紀前後的古希臘官方青銅器（标示重量用），展示于雅典的古代亞哥拉博物館。

質量越大，就越難移動或阻止物質的軌迹——大塊岩石不僅難推難舉，比起更小更輕的石頭它還需要更多的力來限制其運動。

質量的一個特别特性就是無論在空間的哪個位置，它都是恒定不變的。萬有引力告訴我們兩個物體相互吸引，它們之間的引力與質量成正比，但是這個力本身對與質量大小沒有影響。地球一塊60kg的磚在火星、金星或者宇宙一個不知名的遙遠角落裡還是60kg。

杠杆秤 圖源：Pixabay

當然，我沒有考慮狹義相對論的影響，在狹義相對論中，當物質或能量的速度接近光速時，由于多餘物質或能量的增加，質量往往會增加。深入研究這些問題超出了本文的範圍。

重量

傳統觀點認為物體的重量表明它有多重，這就是我們為什麼總看到質量和重量被同義用于一般或日常生活。然而，技術上來說，重量表示單純在重力影響下一個有質量物理施加在另一個物體上的力。

質量不受重力的影響，而重量則是重力本身的體現。它是一個物體被拉向另一個物體的引力的大小。因為重量是一種力，所以它的測量單位是标準的力單位：牛頓（N）。從更好的角度看，重量是我們的質量對地球施加的力。

圖：這裡G是引力常數

M1是物體1（我們就說是地球吧）的質量

M2是物體2 （你自己）的質量

R是重力加速度

上述結果将萬有引力定律簡化為牛頓第二運動定律：F=ma。每一個質量為m的物體以加速度g不斷地落向地球，它表示由于地球引力而産生的加速度；這個數值是每平方秒9.8米。

不同天體的加速度大小不同，因為它取決于物體的質量。例如，月球的重力加速度是每平方秒1.620米，這就是為什麼物體在月球上的重量是地球上重量的六分之一。

所以，一個質量90kg的宇航員在地球上重量為90×9.8=882牛，但在月球上則為90×1.620=145.8牛。同樣地，如果一個物體放在較重的天體，例如木星或土星上，它的質量會變大。

地球和月球上的宇航員質量重量計算

注意到宇航員的質量在整個奇特的實驗中保持不變即（90kg），但是他所攜帶的稱重器卻不這麼認為，在月球上它會産生非常不準的結果…為什麼呢？

我們怎樣從重量中獲得質量？

稱重秤是測量物體質量的儀器，它通過測量地球對我們施加的相等和相反的力來反應我們站在物體表面時對它施加的力。在科學術語中，這種力被稱為支持力。

稱重秤測量地球産生的支持力，但它們是這樣校準的——把這個力除以9.8，這樣就給出我們質量的近似值(m=f/g）。

因此，拿着一個以地球引力校準的稱重秤會在火星或月球上産生錯誤的結果。這種機制也使它們在自由落體或真空中無用，因為自由落體迫使秤以與我們相同的速度下落，也就沒有支持力，秤的指針保持不變。

同樣，在沒有任何表面的空間中漂浮會導緻指針直豎在數字0的下方。

空中、地面和空間中的重量

另一個測量質量的儀器是杠杆秤，它巧妙而高度簡單的機制是無論在空間中的位置如何，它都可以用來測量質量。然而，由杠杆秤描述的質量仍然是不客觀的。

從某種意義上說，可以得出這樣的結論：與稱重秤類似，杠杆秤隻能通過與已知質量（它被校準為固定的已知質量）進行比較來發現未知質量。事實上，标準的質量單位是1千克，相當于法國一個高度安全的金庫中放的物體。

千克複制品原型 圖源：Japs 88 / Wikimedia Commons

幾位科學家推測了某些新的方法來定義千克并客觀地測量質量的可能性。最吸引人的，盡管極具挑戰性的想法是計數構成一個物體質量的單個原子，并得到它們質量的算術和！

所以，下次你沉溺于閑聊，有人低聲說“我重90磅”時，高興于你的科學知識，把這節新學的課帶入你的意識中，深呼吸，帶起和善的笑容，不論這聽起來有多麼居高臨下，糾正這個人，畢竟，知識是一個人所能給予的最好禮物，然後目睹你被趕出聚會。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. sciabc-趙丁丁

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