使物体改变运动状态，需要力的作用．在相同的力作用下，质量越大的物体的加速度越小．这表明了质量是表示物体所具有的阻碍运动状态改变的一种属性，质量越大，物体越不容易改变其运动状态，所以质量是物体惯性大小的量度．物体的这一性质跟物体是否受有重力作用完全无关（譬如放在水平的气垫导轨上的滑块，或物体在完全失重的情况下）．因此，牛顿第二定律的公式居敬小学 中所出现的质量m，叫做惯性质量． 根据万有引力定律可知，物体受到的地球引力的大小和物体的质量成正比．为了使物体不致由于受到地球引力而掉向地面，可将物体用绳子悬挂起来（或用支持物支承住）．这样，绳子（或支持物）就发生形变，物体的质量越大，就需要绳子（或支持物）发生更大程度的形变才能产生足够大的弹力来跟物体所受到的地球引力相平衡．因此，在这里质量的概念反映了物体所包含的物质的多少．质量越大，物体所含的物质越多，受到的地球引力就越大．因此，万有引力定律公式 中所出现的物体质量，叫做引力质量．
惯性质量和引力质量从不同的侧面描述了物质的属性，它们之间存在着怎样的关系呢？
设有A、B两个物体，它们的惯性质量分别为 ，引力质量分别为 ． 把A、B这两个物体放在地球（质量为M，半径为R）上的同一地点，则它们所受到的地球引力分别为：
若将以上两式相比，则得：
（1）
这表明了A、B物体所受重力的比等于它们的引力质量的比．
水乡的日子 如果使A、B物体在重力的作用下自由下落，则根据牛顿第二定律可知， ．由于在同一地点，重力加速度都相等，即 ．于是：
（2）
这表明了在地球上同一地点，物体的重量的比等于它们的惯性质量的比．
比较（1）式和（2）式，可见物体的惯性质量m和引力质量 是一致的．
对单摆的振动加以讨论，也可以得出惯性质量和引力质量等效的结论．单摆振动在偏角很小的情况下，可看做是简谐振动．对于简谐振动来说，它的周期 ；式中m是振动系统的惯性质量，k是决定于振动系统的一个常数．在单摆这一振动系统中， ，式中 是摆球的引力质量．代入周期公式，得单摆振动的周期公式
从实验证明，在摆角很小时，单摆的振动周期跟摆长l的平方根成正比，跟所在地点的重力加速度g的平方根成反比，而与物体质量无关，即 ．这只有在认为 的情况下才是可能的．因此物体的惯性质量和引力质量是等效的．
因此，在中学物理教学中，不必区分惯性质量和引力质量．
第十六届全国中学生物理竞赛第七题是一个关于黑洞的题：1997年8月26日在日本举行的国际学术大会上，德国Max planck学会的一个研究组宣布了他们的研究成果：银河系的中心可能存在一个大黑洞．他们的根据是用口径为3.5m的天文望远镜对猎户座中位于银河系中心附近的星体进行近六年的观测所得到的数据．他们发现，距离银河系中心约60亿千米的星体正以2000km/s的速度绕银河系中心旋转．根据上面的数据，试在经典力学范围内（见提示2），通过计算确认，如果银河系中心确实存在黑洞的话，其最大半径是多少？（引力常数 ）
提示：1、黑洞是一种密度极大的天体，其表面的引力是如此之强，以致包括光在内的所有物质都逃脱不了其引力的作用．
2、计算中可以采用拉普拉斯黑洞模型，在这种模型中，在黑洞表面上的所有物质，即使初速度等于光速 也逃脱不了其引力的作用．
这个题通常有下列两种解法：
解法一 设黑洞质量为M、半径为R．再设黑洞表面有一个质量为 ，初速度为 的
物体，它恰好能逃脱黑洞的引力飞到无穷远处．如果取无穷远处的势能为零，则根据机械能守恒有
（1）
根据提示2可知，该物体的初速度只有大于光速，才有可能逃脱黑洞引力，故
泉港峰尾 （2）
由（1）和（2）可得：
（3）
设绕银河系中心旋转的星体的质量为 、速度为 、轨道半径为r，根据万有引力定
律和牛顿第二定律有：
（4）
由（3）和（4）可得：
（5）
将 代人（5）可得 km，即黑洞的最大半径为 km．
解法二 设光子质量为m，当它绕黑洞作半径为R的匀速圆周运动时，有：
（6）
由（4）和（6）可得：
km。
由于绕同一引力源作圆周运动的物体，其速度越大，轨道半径越小，所以，具有最大速度的光子的轨道半径R就是绕黑洞旋转的星体的最小轨道半径，也就是黑洞的最大半径．
以上两种解法都有道理且结果的数量级一样，但解法一的结果是后一种的2倍，两个结果相差较大．那么，两种解法孰是孰非？黑洞半径究竟多大？
解法二是不严格的．因为提示1只告诉我们，包括光也逃脱不了黑洞引力，所以我们不能就此得出光子一定会绕黑洞作圆周运动的结论．由于光速是最大速度，因而一旦我们假设光子绕黑洞作圆周运动，算出的黑洞半径将大大减小．解法一严格根据提示2进行推导，故结果相对合理些．综上所述，如果银河系中心存在黑洞，在经典力学范围内估算，其最大半径应是 km．
黑洞的发射
把广义相对论与量子论结合起来，已经得到了一些富有启发性的结果．其中最重要的就是发现了黑洞的量子发射．
问题要从1970年谈起．当时证明了一条定理：在演化过程中黑洞视界的表面积只能增大而不能减小．外来物质或辐射掉进黑洞时，黑洞视界表面积就增大．当两个黑洞因碰撞而合成一个黑洞时，最终的黑洞视界表面积比原来的两个大．物质不可能从黑洞中出来，一个黑洞也不可能分裂成两个黑洞．所以，黑洞视界面积只能增大．这叫做面积不减定理．
面积的不减性使人们联想到热力学中的熵．熵这个物理量也具有不减性．一个孤立体系的熵总是随着时间而增大（或者不变）的，决不会减少．
后来，进一步发现黑洞面积与热力学熵的对比不仅是形式上的，而是实质性的．面积就是黑洞的熵．同时，我们也可以定义黑洞的温度．这个温度也应与热力学中的温度具有相同的含义．例如，温度相同的物体应当达到热平衡等等．
我们知道热平衡是一种动态平衡．两个相同温度的物体A和B在达到平衡时，二者是有能量交换的．但是，单位时间从A传到B的能量，等于从B传到A的能量，所以总的效果应是AB的温度都不变化．如果一定温度的黑洞也能与同样温度的其它物体达到热平衡，那也就必须有单位时间内从物体传给黑洞的热量，等于单位时间从黑洞传给物体的热量．然而，广义相对论说不可能有任何物质从黑洞内部出来．这样，就与上述论断相矛盾了．
1974年霍金解决了这个矛盾．最关键之点就是考虑了量子论的作用．按照量子论的观点，真空并不是简单意义下的“空”，它具有丰富的物理内容．整个物理空间中都充满着“虚粒子”．这种虚粒子的作用，可以通过它们的物理效应加以证实．在通常的情况下虚粒子不断地产生，也不断地湮灭．所以真空中永远不会自动产生粒子．但当引力场存在特别是当有黑洞时，情况不同了．这时，如果真空中产生了一对虚的电子和正电子，其中有一个掉到黑洞中，它永远不可能再出来，于是剩下另一个就失去了伴儿，再也无法湮灭．这个孤
独的粒子或者不久也掉进黑洞中，或者能逃到无限远处．其总效果看起来就如同黑洞在发射一样．这是黑洞强场引起的真空发射，发射的结果是使黑洞的质量变小．
而且，黑洞的发射，完全是一种热发射，即各种辐射谱都是所谓黑体谱．质量大的黑洞温度低，质量小的黑洞温度高．
当黑洞在发射时，它的质量越来越小，它的温度反而越来越高，即辐射强度越来越大．到了最后阶段，就有一次猛烈的爆发．近年来，观测到不少γ射线爆发现象．即在天空某些方向上突然出现很强的γ射线流．有人猜测，这也许就是某种小黑洞的爆发．
回顾从亚里士多德到牛顿再到爱因斯坦的科学发展进程，可以体会到，任何物理理论都有自己的成功和失败的地方,或者有效和无效的范围．解决老问题和提出新问题，往往是一个理论的两个方面．牛顿解决了许多亚里士多德没有解决的问题，但也留下了自己的困难．爱因斯坦解决了牛顿理论中的许多困难，但也带来了新的问题．
爱因斯坦广义相对论中最大问题之一是奇点．在黑洞解中有奇点，在宇宙学中也有奇点．
引力坍缩的最终结局是奇点；大爆炸的起始点，也是一个奇点．
奇点具有一系列奇异的性质，无限大的物质密度，无限大的压力，无限弯曲的时空等等．此外，在奇点处，一切形式的因果关系都消失了，奇点使我人既不能谈过去，也不能预言未来． 有一段时间里，物理学家相信，奇点也许只是数学形式上带来的东西，实际上是可以避免的．如果不用完全对称的几何结构，也许就没有奇点．但是七十年代以来，霍金和潘罗西证明，在广义相对论中，奇点是一个普遍的不可避免的东西．当把广义相对论应用到宇宙学时，必然会出现奇点，就象牛顿力学在宇宙学中不可避免地要碰到某种无限大一样．
牛顿体系中某些不合理的无限大，说明了牛顿理论在一定条件下就不再适用，广义相对论中奇点的不可避免，可能也是广义相对论局限性的一种表现．爱因斯坦本人也是这样来看这些奇点的意义的．他说：“人们不可假定这些方程对于很高的场密度和物质密度仍然是有效的，也不可下结论说膨胀的起始就必定意味着数学上的奇点．总之，我们必须明白，这些方程不可扩展到这样的的一些区域中去．”因此，我们必须去寻求可以扩展到这样的区域中去的理论．
在爱因斯坦之后，人们主要从两方面发展爱因斯坦的理论，一是把广义相对论和量子论结合起来，一是把广义相对论与其它的基本相互作用统一起来．
相对论
相对论是关于物质运动与时间空间关系的理论．它是现代物理学的理论基础之一．相对论是本世纪初由爱因斯坦等在总结实验事实（如迈克耳孙—莫雷实验）的基础上所建立和发展．在这以前，人们根据经典时空观（集中表现为伽利略变换）解释光的传播等问题时，导致一系列尖锐的矛盾．相对论针对这些问题，建立了物理学中新的时空现和高速物体的运动规律，对以后物理学的发展有重大作用．相对论分为狭义相对论和广义相对论两大部分．1905年建立的狭义相对论的基本原理：
(1)在任何惯性参考系中，自然规律都相同，称为相对性原理．
(2)在任何惯性系中，真空光速 都相同，即光速不变原理．
由此得出时间和空间各量从一个惯性系变换到另一惯性系时，应该满足洛伦兹变换，而不是满足伽利略变换．并由此推出许多重要结论，例如：
①两事件发生的先后或是否“同时二机部”，在不同参照系看来是不同的（但因果律仍然成立）．
②量度物体的长度时，将测到运动物体在其运动方向上的长度要比静止时缩短．与此相似，量度时间进程时，将看到运动的时钟要比静止的时钟进行得慢．
③物体质量 随速度 的增加而增大，其关系为喜博论坛 为静止时的质量，称为静止质量．
④任何物体的速度不能超过光速 ．
⑤物体的质量 与能量 之间满足质能关系式 ．
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