为何一斤盐溶于一斤水,难以得到两斤总重?爱因斯坦:质量即能量


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综述提到各种各样的物理知识 , 相信大家对于中学时候学过的物质守恒定律还有印象 , 这个定律的内容大概是 , 在一个独立的、与外界隔绝开的物质空间中 , 无论这其中的物质之间进行怎样的活动和转化 , 整个空间的物质的总质量始终保持原来的水平 。
这不禁让我们想起那个有趣的实验 , 一斤盐溶于一斤水之后 , 总质量却不是我们想象中的两斤 , 这具体该如何解释呢?

什么是质量?说到质量 , 我们经常会把它和另外一个物理量混淆 , 那就是重量 。
生活中也经常会有误用的情况 , 但其实二者是完全不同的概念 , 所谓质量指的是物质的数量 , 它所描绘的特定物体所包含的物质的多少 。 而重量指的是物体所受到的引力的大小 , 也就是来自地球的重力作用 。
一个最简单的区分方法是 , 二者的度量单位是不一样的 , 质量的单位是千克 , 而重量的单位是牛顿 。

当然 , 物理学上关于质量还有更多专业的区分 , 比如它还分为两种不同性质 , 也就是惯性质量和引力质量 。
最早对质量这一概念作出定义的科学家就是牛顿 , 同时期的以及后来的很多物理学者都对他的定义提出了很多看法 , 比如一些人认为他没有将密度和质量之间的关系阐释清楚 。

他们的观点是 , 密度和质量在某种程度上是同一个东西 , 所以牛顿的定义其实还是在做一种同义反复 , 但是在《自然哲学的数学原理》中 , 牛顿其实讨论了这一点 , 他对质量的定义确实引入了新的概念 , 也就是物质的惯性 。

经典力学认为 , 在确定物质的质量之前 , 必须要确定所选定的物理量 , 比如可以直接用分子或者其它粒子的数量来描述其大小 。
如果物质有着特定的性质 , 比如热量 , 那么也可以用它能够产生的热量的多少来衡量 , 这种方法就每一种物质本身来说是完全没有问题的 。
因为不同的物质有完全不同的特点 , 只要最终的结果本质上指的是物质内容的多少 , 就是准确的描述 。

但是这样的方法会产生一个困难 , 那就是不同的物质之间很难进行统一的比较 , 为了便于我们的理解和使用 , 需要找到一个具有普遍性的性质 , 也就是所谓的惯性和万有引力 。
因为任何有质量的物质 , 都会产生惯性并且受到万有引力的作用 , 这二者在物理学上虽然描述的不是一种现象 , 但是最后得出来的结果是一致的 。

既然如此 , 那么在盐溶于水的实验中 , 盐和水虽然有着完全不同的性质 , 但是它们的质量其实是可以放在一起进行比较的 , 也就是说理论上 , 它们的质量的数值是完全可以进行数学计算的 。
所以我们很自然就会得出 , 一斤盐溶于一斤水之后所得到的盐水的质量就是两斤 , 但实验结果告诉我们 , 这个计算结果并不准确 , 我们没有得到理论上完美的一加一等于二 , 而是一个更小的数字 , 那这个过程中到底发生了什么呢?

质量守恒定律让我们回到质量守恒定律的内容 , 也就是说 , 一个物质空间必须要和外界完全隔绝 , 才能够实现总质量保持不变的效果 。
爱因斯坦提出的质能关系进一步指出 , 能量的交换就是物质的交换 , 那么所谓的隔绝指的又是什么呢?
【为何一斤盐溶于一斤水,难以得到两斤总重?爱因斯坦:质量即能量】你一定还记得中学时代的物理题目里频繁出现的这些字眼 , 恒温条件、密闭容器、绝热空间等等 , 它们的作用其实就是创造一个理论上的理想实验环境 。

在这种假设的物质空间中 , 物质能够在不受其它因素影响的前提下自由反应 , 无论发生怎样复杂的变化 , 最后依然会保持原来的总质量不变 , 而所谓的外部因素的影响 , 最显著的例子就是温度 。

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