質(zhì)量（mass）是表示物體所含物質(zhì)的多少，又是慣性大小的度量，質(zhì)量是沒有方向的，是標(biāo)量。質(zhì)量分為慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量，自然界中的任何物質(zhì)既有慣性質(zhì)量又有引力質(zhì)量。這里所說的“物質(zhì)”是自然界中的宏觀物體和電磁場、天體和星系、微觀世界的基本粒子等的總稱。它反映的是物體的固有屬性，因此它不隨物體的形狀和所在地點(diǎn)而改變。宏觀上，質(zhì)量是物體慣性和引力大小的量度，引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量成正比，因此通常將它們看作是同一個物理量的不同表現(xiàn)。微觀上，質(zhì)量是粒子最基本的特征，如同不同的化學(xué)元素具有不同的質(zhì)量一樣，不同的粒子具有不同的質(zhì)量。
質(zhì)量單位是國際單位制（SI）中七個基本單位之一，也是力學(xué)計量中唯一的基本單位。在國際單位制中，質(zhì)量的基本單位是千克（符號kg），最初規(guī)定1000cm3的純水在4℃時的質(zhì)量為1kg。實(shí)驗室中天平是測質(zhì)量的常用工具。從弗朗西斯·培根在1620年提出質(zhì)量的定義開始，強(qiáng)調(diào)了物體所含物質(zhì)的量，并將質(zhì)量與作用力聯(lián)系起來。隨后，質(zhì)量的概念經(jīng)歷了從牛頓時代的靜質(zhì)量到阿爾伯特·愛因斯坦相對論的能量質(zhì)量關(guān)系的演變。愛因斯坦的理論提出了著名的質(zhì)能方程，強(qiáng)調(diào)了質(zhì)量和能量之間的嚴(yán)格關(guān)系，進(jìn)一步拓展了人們對質(zhì)量的理解。
質(zhì)量在各個領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，包括物理學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、軍事等，比如在醫(yī)學(xué)健康上，身體質(zhì)量指數(shù)是國際上常用的衡量人體胖瘦程度以及健康與否的一個標(biāo)準(zhǔn)；在化學(xué)中，摩爾質(zhì)量是衡量物質(zhì)量的重要指標(biāo)，依據(jù)元素的相對原子質(zhì)量確定。
簡史
最早提出質(zhì)量概念的是弗朗西斯·培根，他在1620年出版的《新工具論：或解釋自然的一些指導(dǎo)》一書中，把質(zhì)量定義為“物體所含物質(zhì)之量”，并提出“作用力依賴于質(zhì)量”，從而把質(zhì)量與作用力聯(lián)系起來。
17世紀(jì)，伽利略在否定亞里士多德將速度與力相聯(lián)系的錯誤觀點(diǎn)后，首次提出了加速度的概念，從而把加速度與作用力直接聯(lián)系起來，他指出，作用力按物體運(yùn)動的速度的變化而成正比例地增加，這里伽利略已具有靜質(zhì)量的概念，即物體含有原子數(shù)量的多少。但伽利略時代還不能區(qū)分質(zhì)量與重量這兩個概念，常把二者混用，而且還沒有明確地提出質(zhì)量的概念。
牛頓在接受了從古原子論者直至伽利略和培根關(guān)于靜質(zhì)量概念的論述，在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中明確定義了物體的靜質(zhì)量，即質(zhì)量是“物質(zhì)之量”，是由其密度和體積共同量度。也即質(zhì)量是指物體含有物質(zhì)的多少。但牛頓并沒有對密度作出定義，特別是沒有作出密度是單位體積的質(zhì)量這樣一個近代的定義。牛頓在書中解釋他的質(zhì)量定義時說：“質(zhì)量按物體的重量來求得，因為它與重量成正比，我經(jīng)過多次極準(zhǔn)確的實(shí)驗發(fā)現(xiàn)了這點(diǎn)。”他還指出：“我所說的物體有相同密度是指它們的慣性與它們的體積成正比。不過，E.馬赫認(rèn)為，密度只能定義為單位體積的質(zhì)量，因而牛頓的質(zhì)量定義是一種邏輯上的循環(huán)。因而H.克魯認(rèn)為：由于當(dāng)時密度和比重是同義詞，水的密度被任意地取為1，且以密度、長度、時間作為基本單位；在這樣一種系統(tǒng)中，用密度來定義質(zhì)量從邏輯上說是允許的，而且是很自然的。
18世紀(jì)末，英國科學(xué)家亨利·卡文迪許通過扭稱實(shí)驗驗證了牛頓的萬有引力定律的正確性，明確質(zhì)量與引力的關(guān)系，并測量出萬有引力恒量的參數(shù)G=6.67384×10-11N·m2/kg2，在此基礎(chǔ)上，卡文迪許計算出地球的密度和質(zhì)量。
在20世紀(jì)初，阿爾伯特·愛因斯坦提出了相對論，指出人們通常所說的質(zhì)量只是物質(zhì)存在的一種形式，而物質(zhì)存在的另一種形式是能量。因此，能量和質(zhì)量都是物質(zhì)的屬性。這樣，能量守恒定律和質(zhì)量守恒定律獲得了新的意義。愛因斯坦提出了質(zhì)量和能量之間的關(guān)系，其中E代表能量，m代表質(zhì)量，c代表光速。這就是通常所說的質(zhì)能關(guān)系式。由此可見，在物質(zhì)的質(zhì)量和能量之間存在著嚴(yán)格的正比關(guān)系。
基本概念
經(jīng)典力學(xué)
慣性質(zhì)量
慣性是物體為抵抗外力而改變原有運(yùn)動狀態(tài)所表現(xiàn)出的一種性質(zhì)。慣性是有質(zhì)量物體的一種固有屬性。用慣性的性質(zhì)測得的物質(zhì)的質(zhì)量則為慣性質(zhì)量。在牛頓力學(xué)中，沒有慣性質(zhì)量等于零的物體存在。由牛頓第二運(yùn)動定律可以看出，如果以相同的力F作用在兩個質(zhì)量大小不同的物體上，其中一個獲得較小的加速度a，則這個物體的質(zhì)量m必然較大；另一個獲得較大的加速度a，則這個物體的質(zhì)量m必然較小。這里所說的物體慣性，就是受力物體保持原來運(yùn)動狀態(tài)的能力。物體的質(zhì)量大，慣性就大；質(zhì)量小，慣性就小。根據(jù)牛頓力學(xué)第二定律，物體在受到一個固定不變的外力作用時，物體的質(zhì)量與加速度成反比。所以只要測定作用力的大小和物體的加速度，即可得到物體的慣性質(zhì)量。
引力質(zhì)量
引力質(zhì)量的概念是牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力的過程中建立起來的，由萬有引力定律可定義，用來衡量物體間相互吸引的能力，是描述物體間引力作用的物理量。每一個物體是一個引力場的源，并反過來受它影響。引力場或“引起”引力的質(zhì)量的物質(zhì)源，被稱為主動引力質(zhì)量ma；引力場的強(qiáng)度與主動引力質(zhì)量成正比；如果引力質(zhì)量較小、運(yùn)動速度較低，相應(yīng)的引力場為弱引力場；引力吸引的物質(zhì)物體或受引力影響的質(zhì)量，被稱為被動引力質(zhì)量mp。在許多方面，ma和mp可看作相對于電荷的引力類似物，因此有時被稱為“引力荷”。每一個物體的主動和被動引力質(zhì)量盡管從概念上來講不同，但數(shù)值上是相等的。
狹義相對論
靜質(zhì)量
艾薩克·牛頓在接受了從古原子論者直至伽利略·伽利萊和培根關(guān)于靜質(zhì)量概念的論述，在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中明確定義了物體的靜質(zhì)量，即質(zhì)量是“物質(zhì)之量”，是由其密度和大小（體積）共同量度。也即質(zhì)量是指物體含有物質(zhì)的多少。
在相對論中，。式中，v為物體相對于慣性系的速度；m稱為物體的相對論質(zhì)量；顯然當(dāng)v遠(yuǎn)小于c時，m可以近似地等于m0，此時質(zhì)量近似為常量，仍然符合牛頓力學(xué)中的質(zhì)量概念，因此相對論力學(xué)在遠(yuǎn)低于光速時近似于牛頓力學(xué)。
動質(zhì)量
動質(zhì)量通常在相對論和高速運(yùn)動的物理學(xué)中使用。與牛頓力學(xué)中的靜質(zhì)量不同，動質(zhì)量是關(guān)于速度的函數(shù)。在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量被看成是不變的，即與物體運(yùn)動速度的大小無關(guān)。在相對論中，物體的質(zhì)量不是一個固定的值，而是與物體的運(yùn)動狀態(tài)相關(guān)的變化值。阿爾伯特·愛因斯坦的《相對論》指出，一個物體相對于另一物體的相對速度不同時，其對于另一物體的相對質(zhì)量也不同。當(dāng)物體的速度接近光速時，動質(zhì)量趨近無窮大。
與質(zhì)量的區(qū)別
物體的重量是宇宙中所有其他物體對該物體施加的總引力。當(dāng)物體在地球表面附近時，可以忽略所有其他引力，認(rèn)為重量只是地球的吸引力。而當(dāng)物體在月球表面時，可以認(rèn)為物體的重量是月球的吸引力。在日常生活中，質(zhì)量常常被用來表示重量，但是在科學(xué)上，質(zhì)量和重量之間的區(qū)別在于它們是不同的物理性質(zhì)。質(zhì)量是物體所含物質(zhì)的量，以千克（kg）為單位測量，不會隨物體的形狀、狀態(tài)或位置而改變，而重量是地球對物體施加的引力，其測量單位是牛頓（N）。
基礎(chǔ)理論
等效原理
20世紀(jì)，阿爾伯特·愛因斯坦在廣義相對論中提出的等效原理是引力的最基本的物理性質(zhì)，即在處于均勻的恒定引力場影響下的慣性系，所發(fā)生的一切物理現(xiàn)象，可以和一個不受引力場影響的，但以恒定加速度運(yùn)動的非慣性系內(nèi)的物理現(xiàn)象完全相同。等效原理分為弱等效原理和強(qiáng)等效原理。
非慣性系中的慣性力正比于慣性質(zhì)量，而引力則正比于引力質(zhì)量。慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等這一事實(shí)，導(dǎo)致了慣性力與引力這兩種效應(yīng)無法區(qū)分，這就是弱等效原理（伽利略·伽利萊等效原理）。弱等效原理的實(shí)質(zhì)是任何物體的引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等，與其大小和組成材料無關(guān)，已經(jīng)為越來越多的精密實(shí)驗所證實(shí)。著名的伽利略比薩斜塔實(shí)驗是對等效原理首次檢驗，在忽略空氣阻力的情況下，兩個不同重量的物體從塔頂同時自由下落后將同時達(dá)到地面。
阿爾伯特·愛因斯坦進(jìn)一步推廣，對于一切物理過程（不僅僅是力學(xué)過程），自由空間中的加速運(yùn)動參考系，與引力作用下的慣性系，這二者在原則上完全不可區(qū)分，這就是強(qiáng)等效原理。
牛頓第二運(yùn)動定律
牛頓第二運(yùn)動定律表明，如果有合外力作用在物體上，物體將加速。加速度的方向與合外力的方向相同。物體的質(zhì)量乘以加速度等于合外力。其另一個表述為，物體加速度的方向與作用在物體上的合力的方向相同，并等于合力除以物體的質(zhì)量。
萬有引力定律
萬有引力定律是描述物體之間引力大小和它們的質(zhì)量及距離相互關(guān)系的物理定律。可表述為：所有物體之間相互吸引的力與質(zhì)量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。從代數(shù)上講，這個定律是這樣的：，式中，重力是Fg，G是常數(shù)，m1和m2是物體的質(zhì)量，d是物體質(zhì)心之間的距離。
質(zhì)量守恒
質(zhì)量守恒定律是自然界普遍存在的基本定律之一，指在化學(xué)反應(yīng)中，參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成各物質(zhì)的質(zhì)量總和，也稱物質(zhì)不滅定律。在任何與周圍隔絕的體系中，不論發(fā)生何種變化或過程，其總質(zhì)量始終保持不變。任何變化包括化學(xué)反應(yīng)和核反應(yīng)都不能消除物質(zhì)，只是改變了物質(zhì)的原有形態(tài)或結(jié)構(gòu)。
質(zhì)能等價
慣性是力學(xué)的基礎(chǔ)，質(zhì)量是衡量物體慣性大小的標(biāo)準(zhǔn)。為了改進(jìn)牛頓力學(xué)，需要重新審視質(zhì)量的概念。重新定義質(zhì)量為物體速度的函數(shù)，使質(zhì)量成為一個相對量而非絕對量。隨著物體速度的增加，其質(zhì)量也會增加，從而使得物體更難加速。當(dāng)物體速度接近光速時，質(zhì)量應(yīng)當(dāng)趨于無限大。貝托齊實(shí)驗揭示了一個新的線索，即注入能量會增加物體的質(zhì)量。新的力學(xué)理論應(yīng)該將能量和質(zhì)量之間的聯(lián)系作為基本事實(shí)之一。阿爾伯特·愛因斯坦提出了質(zhì)能等價原理：，即物體的能量與其質(zhì)量等價。這一原理被視為新力學(xué)的基礎(chǔ)，也被稱為質(zhì)能關(guān)系。
單位符號
質(zhì)量的國際單位是千克（kg），取巴黎國際計量局中鉑合金國際千克原器為標(biāo)準(zhǔn)物體，規(guī)定其質(zhì)量為1千克，此即國際單位制質(zhì)量的基本單位。還有一種質(zhì)量單位叫公制克拉，1米制克拉=200mg=2×10-4kg。米制克拉也叫國際克拉，它是由第四屆國際計量大會所通過，作為珠寶鉆石的質(zhì)量計量單位。對微觀粒子又常用“原子質(zhì)量單位”（符號“u”），它為碳的同位素12C原子質(zhì)量的1/12，即1u=1.660565×10-27 kg1.66×10-27 kg。除此之外，質(zhì)量還有其他單位，它們之間換算關(guān)系如下表：
相關(guān)實(shí)驗
牛頓大炮實(shí)驗
引力質(zhì)量是從物體間相互吸引的角度來說明質(zhì)量，萬有引力定律表明質(zhì)量的大小直接影響著吸引力的大小。 牛頓提出了萬有引力定律，認(rèn)為天上的物體與地上的物體遵循相同的運(yùn)動規(guī)律。 牛頓通過設(shè)想一個在地球高山上的大炮實(shí)驗，推測當(dāng)物體射出速度足夠大時，物體將繞地球旋轉(zhuǎn)而不落地。 這理想實(shí)驗讓人們明白了為何月球不會掉到地上，也不會飛離地球，這正是導(dǎo)致蘋果落地的萬有引力。 牛頓的推論促使人們用火箭代替大炮，制造人造衛(wèi)星。
卡文迪許扭秤實(shí)驗
英國的物理學(xué)家亨利·卡文迪許巧妙地利用扭秤裝置，第一次比較精確地測量出了引力恒量G的數(shù)值。實(shí)驗裝置如下圖所示，卡文迪許扭秤的主要部分是一個輕而堅固的T形架，倒掛在一根石英絲的下端。T形架水平桿的兩端，各裝有一個質(zhì)量為m的小球，再用兩個質(zhì)量為m'的大球放在離小球足夠近的地方，以吸引小球轉(zhuǎn)動，從而使石英絲扭動。但是由于石英絲扭動太小，無法準(zhǔn)確測量。卡文迪許做了一個巧妙的設(shè)計：他把一面小鏡子固定在石英絲上，并用一束光線去照射它。光線被小鏡子反射過來，射在一根刻度尺上。這樣，只要石英絲有一點(diǎn)極小的扭動，反射光就會在刻度尺上明顯地表示出來。
扭秤裝置把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來反映(一次放大)，扭轉(zhuǎn)角度通過光標(biāo)的移動來反映(二次放大)，從而精確地測出一般物體間微小的萬有引力。亨利·卡文迪許通過一面小鏡子使扭力被放大了，實(shí)驗的靈敏度大大提高，這就是著名的“扭秤”實(shí)驗法。他測出的萬有引力恒量為G=6.754×10-11N·m2/kg2。在卡文迪許實(shí)驗前，天體的質(zhì)量是不能精確地測定的。
正負(fù)電子對撞實(shí)驗
中國科學(xué)院高能物理研究所的物理學(xué)家經(jīng)過反復(fù)研究和計算，在1991年秋決定對輕子的質(zhì)量進(jìn)行精確測量。他們把北京正負(fù)電子對撞機(jī)的能量調(diào)節(jié)到2倍的輕子的質(zhì)量左右，在北京譜儀上觀察輕子對事例的個數(shù)，用一種巧妙的數(shù)學(xué)方法推出下一次運(yùn)行的束流能量的最佳值。運(yùn)用這樣的方法，北京譜儀經(jīng)過連續(xù)2個多月的緊張運(yùn)行，終于得到了新的輕子的質(zhì)量為1.769GeV，誤差為3×105eV，比在此之前的測量結(jié)果，精確度提高了1個數(shù)量級，而且糾正了原來測量值高達(dá)7MeV的誤差。這個結(jié)果很快為美國和德國的其他實(shí)驗所證實(shí)，但他們的精確度差得多。北京譜儀得到的這項結(jié)果，很快被國際粒子物理學(xué)家所公認(rèn)。
計算公式
根據(jù)密度公式
物體的質(zhì)量是由物體的體積與它本身材料的密度所決定的。物體的質(zhì)量等于該物體的材料密度與體積的乘積，其表達(dá)式為式中：m為物體的質(zhì)量，單位為kg；為物體的材料密度，單位為kg/m3；V為物體的體積，單位為m3。
根據(jù)牛頓第二運(yùn)動定律
物體的質(zhì)量是物體在平動時的慣量的量度。它等于外力的大小對于由外力所引起的加速度之比：，式中m為物體質(zhì)量，F(xiàn)為合外力，a為物體加速度。質(zhì)量的量綱式是[m]= M。物體質(zhì)量的測量要根據(jù)牛頓第二定律，運(yùn)動狀態(tài)的變化正比于外力的作用，變化的方向跟力的作用方向一致。物體質(zhì)量的大小決定于物體所含物質(zhì)的多少，它規(guī)定了外力作用如何改變物體運(yùn)動狀態(tài)的這一特性。同樣大小的力對于質(zhì)量較小的物體引起的加速度較大。
根據(jù)狹義相對論
在經(jīng)典力學(xué)中，認(rèn)為物體的質(zhì)量是不隨速率變化的常量，而在相對論中，由于極限速率的存在，可以推知物體的質(zhì)量是隨速率而增大的。根據(jù)自然界中普遍適用的動量守恒定律和洛侖茲變換，可以推證物體的質(zhì)量m隨其速率v的變化關(guān)系為該式被稱為質(zhì)速關(guān)系式。式中m0是物體靜止（即v=0）時的質(zhì)量，叫做靜質(zhì)量；m是物體以速率v運(yùn)動時的質(zhì)量，叫做運(yùn)動質(zhì)量或總質(zhì)量，只有當(dāng)時，才有m=m0，即質(zhì)量為常量，這正是經(jīng)典力學(xué)中的質(zhì)量概念。由質(zhì)速關(guān)系式可以看出，一個物體的速度v不可能達(dá)到或超過光速，否則分母為一個虛數(shù)，不符合已有的物理學(xué)基本原理；靜止質(zhì)量m0不為零的物體，速率一定小于c；而速率為c的粒子（如光子等），它們的靜質(zhì)量m0必為零。質(zhì)速關(guān)系式已被大量實(shí)驗所證實(shí)，并已成為近代設(shè)計各種加速器的理論基礎(chǔ)。
質(zhì)能方程
質(zhì)能方程（）是物理學(xué)史上最重要的方程之一，質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量之間的關(guān)系。因為光速為299792458 m/s很大，所以極小的物質(zhì)質(zhì)量也蘊(yùn)含了龐大的能量。阿爾伯特·愛因斯坦發(fā)現(xiàn)的這個奧秘，解釋了恒星釋放巨大能量的來源。質(zhì)能方程是人類對宇宙物質(zhì)本質(zhì)認(rèn)識的一個偉大的進(jìn)步。同時公式說明物質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠埽椛淠芤部梢赞D(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)。這一現(xiàn)象并不意味著物質(zhì)會被消滅，而是物質(zhì)的靜質(zhì)量轉(zhuǎn)變成另外一種運(yùn)動形式。
應(yīng)用領(lǐng)域
物理學(xué)
電荷q和它的質(zhì)量m是作為兩個互相獨(dú)立的物理量而引入的。電子的質(zhì)量就是負(fù)載者的質(zhì)量，與它所負(fù)載的電荷無關(guān)。但是即使沒有負(fù)載者，電荷也有慣性，因而也有它自己的質(zhì)量。如果兩個電荷相距很近，它們的質(zhì)量將是不能相加的，倘若電荷的符號是相反，可能有質(zhì)量的部分抵消。但是當(dāng)兩個電荷之間的距離比起它們的半徑很大，比如大1000倍以上時，它們的質(zhì)量就可相加，而且無論它們的電荷符號是相同或相反。由此得出結(jié)論：正負(fù)電荷的質(zhì)量都是正的。因此，在電子論中，基元電荷的半徑比起它們之間的距離來總是很小；原子的質(zhì)量等于它所包含的正的或負(fù)的基元電荷的質(zhì)量之和，所有物體的質(zhì)量全是屬于電磁性質(zhì)；物體的動能就是在它體積內(nèi)的磁場能量。
化學(xué)
摩爾質(zhì)量是單位物質(zhì)的量物質(zhì)所具有的質(zhì)量，即該物質(zhì)的質(zhì)量與該物質(zhì)的物質(zhì)的量之比。用M作為摩爾質(zhì)量的量符號，則：（m為物質(zhì)的質(zhì)量，n為物質(zhì)的量）。摩爾質(zhì)量的基本單位為kg/摩爾，常用的單位為g/mol。物質(zhì)基本單元B的摩爾質(zhì)量的表示方法為MB或M（B）。因為定義0.012kg12C中碳原子的物質(zhì)的量為1mol，所以12C的摩爾質(zhì)量即為12g/mol，即M（12C）=12g/mol。由此可知，摩爾質(zhì)量是依據(jù)元素的相對原子質(zhì)量，就是與0.012kg12C中碳原子相比較而得到的。
醫(yī)學(xué)
身體質(zhì)量指數(shù)（簡稱體質(zhì)指數(shù)、體重指數(shù)，BodyMass Index，BMI），是用體重（以千克為單位）除以身高（以米為單位）的平方得出的數(shù)字，是國際上常用的衡量人體胖瘦程度以及健康與否的一個標(biāo)準(zhǔn)。身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）的計算公式：身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）=體重/身高2。
軍事
由于導(dǎo)彈飛行中的機(jī)動大，載荷也大，而載荷包括氣動力與質(zhì)量力，因此，從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度考慮，希望氣動力與質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力兩者十分靠近以減少其間的彎矩（彎矩是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要設(shè)計因素）。若導(dǎo)彈各處的氣動力與質(zhì)量力基本平衡，可以將導(dǎo)彈設(shè)計為能承受30~40個過載的結(jié)構(gòu)；相反，若質(zhì)量太集中，例如彈頭能產(chǎn)生導(dǎo)彈上15%~20%的升力，前段若沒有適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量，就會產(chǎn)生很大的彎矩，使導(dǎo)彈的機(jī)動過載不能設(shè)計得很大，為此，往往用調(diào)整戰(zhàn)斗部位置的辦法來解決。
參考資料 >
質(zhì)量.術(shù)語在線.2024-01-15
質(zhì)量.中國百科網(wǎng).2026-01-11
質(zhì)量（物理學(xué)）.physigeek.2024-01-15