為何一斤鹽溶于一斤水,難以得到兩斤總重?質量為何不守恒了?

        來源:hao123百家號     時間:2022-03-23 20:14:41

        綜述

        在我們日常的生活中,經常能夠聽到“質量守恒定律”,這個定律認為:在某個獨立系統中,無論一種物質進行任何變化或者運動,其總體質量不會產生任何差別,物質不會自然出現,任何物質的存在都是形態上改變的結果。

        這樣的理論自二十世紀初被提出以來就被奉為真理。但很多人認為這樣的說法有著偏差和誤區,如果在一斤水里加上一斤鹽,那么這鹽水混合物的質量會是整整二斤嗎?

        鹽水混合物的具體現象

        我們日常生活中所見到的食鹽大都是白色的晶體粉末狀,鹽作為我們日常生活中必不可缺的調味品,自然是可以溶解于水的。

        鹽之所以可以在水中溶解是因為水可以將食鹽擴散成分子狀態,鹽分子會和水分子進行結合,在這個過程中,固體狀態的鹽就會逐漸消失,和水融為一體。

        這是一個非常常見的現象,一般來說,鹽水混合物也確實比普通的清水質量要大。所以,根據質量守恒定律,我們似乎真的可以推算出鹽水的重量等于鹽+水的重量,但是這樣的說法其實是錯誤的。這個問題的答案,遠遠沒有這么簡單。

        化學領域的質量守恒

        在愛因斯坦之前,人們都認為質量守恒定律是一個不可撼動的真理:物質無論怎么變化,其總體質量絕對不會發生改變。

        但是,很多科學家在做具體實驗的時候卻發現了一些很奇怪的現象,很多物質在經過調配之后,質量都受到了或多或少的缺失。

        這和質量守恒定律嚴重相悖,很多人認為是實驗過程的不嚴謹導致了這種現象,但是哪怕使用最精妙的儀器測試,所得結果還是如此:物質在經歷化學反應的過程中存在“質量丟失”的現象。

        科學家們自然對這種神奇的現象開展了一系列的研究,在這次研究過程中,科學家們發現了一個驚人的現象:自然界中的元素存在著一定的衰變現象。

        具體來說就是:任何比鉛元素重的元素原子核內部都呈現出一種不穩定的狀態。它們存在的過程中會自主地降低自身的質量,變得比之前要“輕”,整個過程具有規律性,自然界中的重元素普遍存在衰變現象。

        所以,質量守恒定律似乎出現了漏洞,這些衰變現象所導致的重元素的質量丟失究竟去了哪里呢?一時間,科學界紛紛認為質量“并不守恒”,很多科學家都提出了自己的有關看法,偏激者甚至直接對質量守恒定律提出了反對。直到愛因斯坦的出現,才解決了這種爭論。

        愛因斯坦的質能公式

        愛因斯坦是歷史上最為偉大的物理學家之一,他不像其他科學家一樣關注與物質的質量,而是把目光投向了物質的能量,經過了細致的研究之后,愛因斯坦發現,物質的質量并不是物質最為本質的一種量,物質背后的能量更值得我們進行思考。

        愛因斯坦認為:質量其實是能量的一種外化表現形式,物質的形成與穩定都需要更為高級的能量作為支持。所以,物質在運動或者進行反應的過程中,并不是單純的物質質量的交互,而是能量之間的具體作用。

        那些所謂“丟失”的質量,其實就是散發的能量,物質的原子核在作用的過程中普遍會以熱量的形式進行能量的外化,所以它們的質量才會出現一定程度的損耗,這些損耗的質量都已經轉化成能量的形態存在,自然界中的重元素衰變現象也是如此。

        這樣的理論在當時是十分超前的,愛因斯坦也根據自己的發現提出了著名的質能公式:e=mc,簡單來說就是:物質損失的質量和產生的能量呈正比。

        雖然這個公式只有短短的幾個字符,但是人類卻倚靠這個公式開展了關于原子能的無數研究,質能公式在當前時代也是毋庸置疑的真理,很大程度上的促進了人類社會的發展。

        一加一是否等于二

        說回鹽與水的結合問題,鹽的質量和水的質量都是固定的,它們在結合的過程中自然也會被質能公式所影響。在鹽與水接觸之后,彼此之間的原子核會相互碰撞,在這個過程中,分子之間的化學鏈將會破裂,能量也會以熱量的形式被外放損耗。

        所以,我們普遍所關注的質量自然也會受到影響,也就是說:在一斤水中加入一斤鹽,所得到的鹽水化合物總體質量絕對不可能是兩斤,因為物質之間的能量會在彼此作用的時候收到損耗。

        但是,這種質量的缺失其實很難讓人察覺,因為鹽與水彼此作用所產生的能量是微乎其微的,這種能量的損耗對于鹽水混合物質量的影響自然也不會太大。

        不過即便如此,我們也不可以想當然地認為一斤鹽加上一斤水就是兩斤的物質,這樣的說法是不科學也不嚴謹的。

        結語

        世界就是如此神奇,在小小的鹽水背后居然蘊含著如此深刻的宇宙原理。根據質量守恒定律來說,我們現在所能感知到的一切物質都是已經存在了一百多億年的能量的種種具體體現,能量形式的轉換之間就是一次又一次的滄海桑田。

        也許在未來,人類能更好地掌握有關能量的應用,借助能量在更多的科學領域收獲成就。

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