于日常的生活当中, 盐被放到水里面去使其溶解属于平常的事情, 我们一般情况下不会去仔细探究盐水整体之上的重量到底是二斤, 还是大于二斤或者小于二斤。这个问题乍一看上去是简单的, 好像并不值得进行深入的思考。然而, 当深入地去了解物理学之后就会发现, 这个看上去简单的问题, 实际上是蕴含着深刻的宇宙奥秘的。
在二十世纪以前, 于人类的认知范畴之中, 按照常理, 一斤水与一斤盐相加, 那般就是单纯的一加一, 得出的结果是二斤。这是由于盐溶解于水属于普通的化学溶解反应 , 在反应过后产物的原子种类以及原子量并未发生改变。依据物质守恒定理也就是质量守恒定律 , 把一斤盐放置于一斤水中 , 总的质量便是二斤。在初中以及高中的知识体系里面 , 这毫无疑问是正确的。
按照质量守恒定律所表明的, 当物质发生物理或者化学反应之后, 生成物质的总量等于参与反应的物质总量。依靠这个定律能够对化学反应式两边进行配平, 就像盐酸和氧化铁发生反应那样: 6HCl + Fe₂O₃ = 2FeCl₃ + 3H₂O 在这个反应里面物质的形态发生了改变, 然而原子的种类以及数量并没有变化高中物理原子和原子核物业经理人，这体现出了质量守恒定律。要是认知仅仅停留在高中知识的层面上, “1斤盐加1斤水质量会有怎样的变化”好像能够很容易地得到答案: 化学变化质量是不变的。
20世纪以前, 质量守恒定律在科学界那可是被视作理所当然的法则。只不过到了20世纪, 人类就此踏入大学知识阶段, 在接触了原子核以及相对论之后, 状况就变得复杂多样起来。在20世纪初期的时候, 发现了重元素衰变这种现象, 比铅重的那些元素原子核并不稳定, 会衰变成更轻的元素, 一直到形成稳定的铅元素为止。在研究衰变的过程当中, 又发现了奇怪的情况: 那些放射性元素经过α或者β衰变之后, 所生成物质的质量略微小于衰变之前, 这和质量守恒定律相互矛盾, 成了物理学界需要解开的谜题, 显示出质量守恒定律并不是那么完美。
1905年, 爱因斯坦提出狭义相对论, 进而得出质能方程式E = mc² , 此方程式揭示出质量乃是能量的一种表现形式, 在宇宙之中, 比质量更为基本的存在是能量, 比质量守恒定律更为普遍的是能量守恒定律。物质所包含的能量, 存在自身静止质量以及动能, 静止质量是由粒子质量以及粒子间结合能共同构成的。放射性元素发生衰变时出现质量损失, 这是因为部分原子核结合能以热量形式进行了耗散。化学反应存在放热或者吸热情况, 由于释放或者吸收的能量十分微小, 对于质量所产生的影响难以被察觉, 所以在20世纪以前人类觉得物质质量是守恒的, 然而核反应损失的能量巨大, 质量的变化非常明显, 一直到20世纪初才察觉到核反应前后质量并不守恒, 真正守恒的其实是能量。
开篇问题再看, 1斤盐与1斤水放一块儿, 质量变化得分情况剖析。要是在开放系统里, 盐溶于水, 因化学键断裂会轻微释放能量, 要是能量以热量形式耗散到外界, 反应后的产物总质量会减小, 只是变化难以察觉。要是在封闭系统中, 不和外界发生热量交换, 依据能量守恒定律, 反应前后系统质量不变。
1斤盐溶进1斤水当中的时候, 质量产生的变化极其微小, 差不多能够忽略不计。因此既能够认定反应后的产物质量是2斤, 也能够认定稍微小于2斤。更为关键的是要清楚盐溶于水这个过程发生了些什么, 去领会其中的科学道理。一个看上去毫不起眼的生活实验, 却蕴藏着宇宙的根本真理以及铁律, 质量是能量的表现形式, 能量是宇宙万物的基石, 能量守恒定律从宇宙诞生直至终结, 能量不会消逝, 只会转变形式。
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