質量（mass）是物體所具有的一種物理屬性，是物質的量的量度，它是一個正的標量。質量分為慣性質量和引力質量。自然界中的任何物質既有慣性質量又有引力質量。這裡所說的“物質”是自然界中的巨觀物體和電磁場、天體和星系、微觀世界的基本粒子等的總稱。
質量是物理學中的一個基本概念，它的含義和內容隨著科學的發展而不斷清晰和充實。最初，牛頓把質量說成是物質的數量，即物質多少的量度。
在牛頓力學中，給定的物體具有一定的慣性質量（用字母表示），它作為一個與時間和空間位置無關的常數出現在牛頓力學第二定律之中：F=ma（物體加速度的大小a與所受力F的大小成正比，比例係數m稱為該物體的慣性質量）。慣性質量是物體慣性的量度：對於m越大的物體，就越難改變其運動狀態（速度）。在牛頓力學中，沒有慣性質量等於零的物體存在。在狹義相對論中，慣性質量又細分為靜質量、動質量、相對論質量（總質量）。相對論質量與靜質量的差稱為動質量。
對於可以在實驗室里測試的物體，慣性質量和引力質量相等。20世紀，愛因斯坦在廣義相對論中提出等效原理就是以慣性質量和引力質量相等這一前提為依據的。可以認為，一切與廣義相對論有關的觀察和實驗的精確結果都可以看成是這兩種質量相等的證明。因此，慣性質量和引力質量是表征物體內在性質的同一個物理量的不同表現。
基本介紹
- 中文名：質量
- 外文名：mass
- 表達式：m=ρV,m=F/a,m=G/g
基本概念,定義,質能等價關係,概念的產生,早期認識,靜質量,慣性質量,引力質量,慣性質量的建立,動質量和質能關係,單位,有關公式,測量方法,質量常數,常用物體質量,
基本概念
定義
質量（mass）是量度物體慣性大小的物理量。
在力學史上，質量的定義首先由牛頓提出。在《自然哲學的數學原理》一書中寫道：“物質的數量(質量)是物質的度量並等於密度同體積的乘積。” 近代學者對此有不同的評價。E.馬赫認為，密度只能定義為單位體積的質量，因而牛頓的質量定義是一種邏輯上的循環。但牛頓並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量這樣一個近代的定義。因而H.克魯認為：由於當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；在這樣一種系統中，用密度來定義質量從邏輯上說是允許的，而且是很自然的。此外，牛頓在書中解釋他的質量定義時說：“質量按物體的重量來求得，因為它與重量成正比，我經過多次極準確的實驗發現了這點。” 牛頓在書中的另一段中說：“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。” 由此可見，牛頓並沒有用質量來定義質量。
質量不隨物體的形狀和空間位置而改變，是物質的基本屬性之一，通常用m表示。在國際單位制中質量的單位是千克（kilogram）即Kg，這是保存在巴黎西南塞夫勒(sèvres)國際計量局標準千克原器的質量。該原器是一個用鉑(90%)銥(10%)合金製成的圓柱體，其直徑與高相等，以金屬塊的形式封存在玻璃罩中。
將同樣的力施加於兩個不同的靜止物體上，使它們得到相同的速度就需要各自相應的時間。費時較長的物體表明它具有較大的慣性；費時較短的物體表明它具有較小的慣性。也就是說，物體的加速度與它的慣性成相反的關係。根據牛頓第二定律，在同樣的力的作用下，物體的加速度與它的質量成反比。因此，可用物體的質量來度量它的慣性；物體的質量越大，它的慣性就越大。
W=mg
式中g為地球上某一地點的重力加速度。
物體的質量也決定了其被引力場影響的程度。
在現代物理學中質量的概念有兩種：慣性質量和引力質量。慣性質量表示的是物體慣性大小的度量，而引力質量表示的是物質引力相互作用的能力的度量。事實上，通過無數精確的實驗表明，同一物體的這兩個質量嚴格相等，是同一個物理量的不同表征。
質能等價關係
質量和能量的等效（等價）性。質量和能量的關係由物理學家愛因斯坦於1905年最先提出。在牛頓力學中，物體的質量被看成是不變的，即與物體運動速度的大小無關。在不變外力的連續作用下，原來靜止質點的速度增量與力的施加時間成正比；因此，如力的作用時間足夠長，質點的速度就會超過光速，這就與光速是極限速度的事實不符。實際上，當質點速度很大時，速度的增量就不再與外力作用的時間成正比，而是要慢一些。當接近光速時，速度增加得越來越慢，因而不會超過光速；同時，由於外力不變，加速度的減小必然導致質量隨速度的增加而增大。
愛因斯坦在其著名的狹義相對論論文中指出：物體的質量是它所含能量的度量；如果能量改變ΔE，則質量就要改變，這就是著名的質能關係式：
質量此外，狹義相對論還提出，質量與速度有關。關係式是m=m0/(1-ν2/c2)1/2（見右圖）。
式中的m0為靜止質量（即牛頓力學中的質量），m為相對論質量。由公式可以看出，一個物體的速度v不可能達到或超過光速，否則分母為一個虛數，不符合已有的物理學基本原理；而光子的靜止質量m0=0，其速度可以達到光速。當v遠小於c時，m可以近似地等於m0，仍然符合牛頓力學，因此相對論力學在遠低於光速時近似於牛頓力學。
狹義相對論的質能關係（E=mc2）把慣性質量與物質的另一個物理屬性（能量）在數量上聯繫起來：具有一定慣性質量的物質必定具有相應數量的能量。相應於靜質量、動質量、相對論質量（總質量）有靜能量、動能、總能量；動能等於總能量減去靜能量，在低速近似下就是牛頓力學中物體的動能m0ν2/2。
在粒子物理學的理論中，有裸質量和物理質量之分。基本粒子是場的元激發；基本粒子周圍其他量子場與基本粒子的相互作用會影響它的質量。不計這些相互作用時，自由粒子（孤立粒子）的質量稱為裸質量；把這些相互作用的影響包含在內的質量稱為基本粒子的物理質量，也就是在基本粒子實驗中測得的質量。
概念的產生
早期認識
很早以前，人們在研究物體的慣性運動時，曾探討過打破慣性運動時外來原因與運動變化的關係。伊壁鳩魯認為：快慢現象的產生，取決於是否發生碰撞。把原子在虛空中的運動方向和速度的改變與作用力聯繫起來，但這僅是一種定性的思辨性思想，已孕育著質量概念的產生。
伽利略在否定亞里士多德將速度與力相聯繫的錯誤觀點後，首次提出了加速度的概念，從而把加速度與作用力直接聯繫起來。他指出作用力按物體運動速度的變化而成正比增加，伽利略已具有靜質量的概念，即物體含有原子數量的多少。但伽利略時代仍不能區分質量與重量兩個概念，常把二者混淆，尚未明確提出質量的概念。
靜質量
慣性質量
牛頓在《自然哲學之數學原理》中引入了慣性質量的概念：“物質固有的力，是每個物體按其一定的量而存在於其中的一種抵抗能力，在這種力的作用下物體保持其原來靜止狀態或者勻速直線運動狀態。” 在解釋時，牛頓指出： “這種力總是同具有這種力的物質的量成正比的。” 牛頓首先把慣性質量的概念引入物理學。在牛頓總結出的第二定律中有具體的體現，由牛頓第二定律F=ma，質量就被定義為“物體慣性大小的量度”，即可以對不同物體施以同樣大小的力，根據其獲得加速度的大小來確定質量的大小。獲得加速度大的物體質量小，獲得加速度小的物體質量大。這種測定物體質量的大小的方法是根據慣性的大小來量度的，因此測得的質量稱為慣性質量。“慣性質量”的定義與“物質的多少”這一關於質量的概念是一致的。
根據定義，慣性質量是描述物體在受到一定的外力作用時所具有的維持原來運動狀態不變性質的一個物理量。定義一方面反映了物質的客觀實在性，因此慣性是物體的一種屬性，作為其量度的質量就成為反映物體特性的物理量；另一方面反映了物質與運動之間的辯證關係。但是，物體的慣性只是反映了物體保持其運動狀態不發生變化的不變特性，而不直接反映物質的數量與物體的運動性質之間的聯繫，反映這種聯繫是慣性質量。
引力質量
質量的另一屬性是量度物體引力作用的大小，具有這一屬性的質量通常稱為引力質量。引力質量的概念是牛頓發現萬有引力定律的過程中建立起來的，由萬有引力定律可定義引力質量。通常引力作用包括施力和受力兩方面。根據牛頓的萬有引力定律，任何兩物體之間都存在引力作用，引力的方向沿兩物體（視為質點）的連線上，大小與兩物體的質量m1、m2的乘積成正比，與兩者距離r的平方成反比（如右圖）。
其中G為萬有引力常數，質量m1、m2反映了物體引力作用的大小，稱為“引力質量”。引力質量與“物質的多少”這一關於質量概念的定義是一致的。根據萬有引力定律，如果把m2作為引力源，則m2越大，引力就越大，因此引力質量是產生引力場的量度。另一方面，m1越大時，引力也越大。從這個角度看，質量又是受引力場作用的量度。因此，引入“引力質量”的概念來定義物體產生引力與受引力場作用大小的量度。
引力質量是引力相互作用的源，分為主動引力質量和被動引力質量。
主動引力質量是引力場的源；引力場的強度與主動引力質量成正比；如果引力質量較小、運動速度較低，相應的引力場為弱引力場。一個靜止質點產生的弱引力場的場強近似為牛頓萬有引力定律給出的場強：
g= GM0/r2
式中G為牛頓引力常數，r為離開質點的距離，g稱為引力加速度（g和r都應當是三維歐幾里得空間中的矢量，為了簡單這裡只考慮它們的絕對值）。
被動引力質量是使物質得以感受外來引力場的作用的物理量，它在外部弱引力場中所受的牛頓引力為：
F= GM0m0/r2= m0g
實驗至今沒有發現這兩種引力質量的差別；所以，對於任何給定的物質，其主動引力質量等於被動引力質量。因此，一般不區分它們。
弱等效原理（伽利略等效原理）是說，物質的慣性質量與它的引力質量相等；各種不同類型的實驗檢驗都沒有發現這個原理的破壞。因此，當說到物質的質量時，或是指它的慣性質量，或是指它的引力質量，這將視場合不同而異。
愛因斯坦以等效原理為基礎而建立起來的廣義相對論的場方程線上性近似下可以寫成麥克斯韋方程組的形式，其中物質的靜質量是電型引力場（牛頓引力場）的源，物質的動質量（相應於動能）是磁型引力場的源。引力波（引力子）的靜質量也是零，其運動速度是真空光速。
愛因斯坦以等效原理為基礎而建立起來的廣義相對論的場方程線上性近似下可以寫成麥克斯韋方程組的形式，其中物質的靜質量是電型引力場（牛頓引力場）的源，物質的動質量（相應於動能）是磁型引力場的源。引力波（引力子）的靜質量也是零，其運動速度是真空光速。
鑒於引力質量的性質，可用某物體（如地球）引力的大小來量度該物體的引力質量的大小。例如天平量度質量就是基於這種思想，因而天平所量度的是物體的引力質量。
慣性質量的建立
在物理學史上，牛頓首先從自由落體實驗和單擺實驗中論證了引力質量與慣性質量的等價問題。牛頓的實驗設計思想是：由於地球的自轉，地球上的物體所受到的重力與萬有引力是不一致的。可以把重力看作是萬有引力與慣性質量有關的離心慣性力二者的合力。這樣，重力既與引力質量有關，也與慣性質量有關。並有關係式（見右圖）。
式中g為重力加速度（不是引力加速度），m引是指物體的引力質量，m慣是指物體的慣性質量。同時是矢量加法。從地球上某一固定點來看，式中M地是一個常數。從式中可得這樣的結論：對於同一位置上的不同物體，如果每一物體的m引與m慣不等或不成比例，則不同物體的g將不同。因此，實驗就歸結為驗證不同物體的g是否嚴格一致。若一致，則m引與m慣相等或成比例；若不一致，二者則不等或不成比例。
在牛頓時代，要用實驗精確測定g是很困難的，主要是難以精確測量下落的時間間隔．為此，牛頓設計了觀測單擺的振動，根據長度相同的單擺的擺動周期來間接測定不同物體的重力加速度g。牛頓測得，慣性質量與引力質量成正比例的精度達到10－3。
動質量和質能關係
式中c為真空中的光速。此即相對論的質速關係，m稱為相對論質量，又稱為動質量，m與m0的差別只在物體運動速度很大，可與光速比擬時才顯示出來。質速關係式已為實驗所證實。質速關係式表明，物體的速度愈大，其質量愈大，速度為零時質量最小，這時的質量就是靜質量m0。
現代物理學已明確質量與能量之間的內在聯繫，即愛因斯坦的質能關係式：E=mc2。該式表明，任何物質的質量變化都將伴隨著相應的能量變化，反之亦然。這一關係已為實驗事實（特別是核反應實驗）所證實，質能關係提供了利用原子能的理論基礎。
在狹義相對論中，質能公式E=mc2描述了質量與能量對應關係。在經典力學中，質量和能量之間是相互獨立的，但在相對論力學中，能量和質量是物體力學性質的兩個方面的同一表征。在相對論中質量被擴展為質量-能量。原來在經典力學中獨立的質量守恆和能量守恆結合成為統一的質能守恆定律，充分反映了物質和運動的統一性。
單位
質量是物理學中的七個基本量綱之一，符號m。
單位換算：
1T=1000Kg 1Kg=1000g 1g=1000mg
有關公式
密度計算公式：密度=質量/體積（ρ=m/V）（同種物質組成的物體的質量與體積成正比）
牛頓第二定律計算公式：F=ma（F為合力，m為質量，a為加速度）
質能聯繫方程： E=mc2
質能聯繫方程： E=mc2
測量方法
實驗室中，天平是測質量的常用工具。天平使用步驟：（1）放置：天平使用時需置於水平台面，台面不水平通過調節底座實現；（2）調橫樑水平：調節橫樑平衡螺母使天平指針對準刻度盤中央。（3）估測：估計被測物體質量使用要求：被測物體的質量不能超過量程。（4）稱量：被測物體置於左盤，向右盤加恰當砝碼，並調節游碼直至指針對準刻度盤中央。（5）讀數：此時右盤中所有砝碼質量之和加游碼讀數即是被測物體質量。注意：向盤中加減砝碼時要用鑷子，不能用手接觸砝碼，不能把砝碼弄濕弄髒，潮濕的物品和化學用品不能直接放到天平的托盤中。
質量常數
1H=1.67357×10－27Kg
16O=2.656059×10－26Kg
14N=2.325349804×10－26Kg
17O=2.822875528×10－26Kg
9Be=1.496564271×10－26Kg
12C=1.99272×10－26Kg
中子=1.6749286×10－27Kg
235U=3.903139336×10－25Kg
141 Ba=2.340016223×10－25Kg
92 Kr=1.526046564×10－25Kg
質子=1.6726231×10－27Kg
3H=5.0116908×10－27Kg
143 Nd=2.373160139×10－25Kg
90 Zr=1.492957448×10－25Kg
2H=3.34378416×10－27Kg
239 Pu=3.970097036×10－25Kg
4He=6.646722542×10－27Kg
