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回顧:為何一斤鹽溶於一斤水,很難得兩斤總重?愛因史坦:品質即能量

2024-10-19科學

綜述

你有沒有思考過一個問題,為什麽一斤鹽溶在一斤水裏,最後卻很難得到兩斤總重?

鹽和水都是我們生活中極其常見的東西,而在我們的常識裏,「一加一等於二」的道理也早已根深蒂固。但是鹽和水似乎逃脫了這個常理的「束縛」,讓人們覺得驚奇。

其實在宇宙中,很多事情都與人們想象中的大為不同,有時候似乎已經是百分百確定的定律卻極其有可能被顛覆。

我們所認為的物質守恒定律,就被普普通通的鹽和水所打破。而對於這個現象,愛因史坦就曾經說過:「品質即能量。」那麽事實究竟是如何的呢?

什麽是品質?

在生活中,「品質」這一詞似乎並不少見。在我們從小所學的物理書本中,品質就是其中一個極其重要的物理名詞。 但你真的知道「品質」的概念嗎?

其實一直以來,很多人都會對品質產生一個認知上的誤區, 就是認為「品質」即「重量」, 其實這二者之間是有很大差別的。

品質一般指的是特定物品物質的數量多少,重量則指的是物體所受到地球重力的大小,其中就包括地球的重力作用。

不同重力作用下,品質恒定重量變化

其實二者之間,並不難區分。如果你曾仔細觀察過品質與重量的度量單位,便會發現:品質的度量單位是千克,而重量的度量單位則是牛頓。而在我們區分好品質和重量後,在物理學界中,實質上對於品質還有更為細致的劃分。

比如在物理學界中, 就會將品質分為「慣性品質」與「重力品質」。

回溯歷史,最早對品質做下定義的人是著名的物理學家牛頓, 當時在【自然哲學的數學原理】一書中,牛頓就曾經對品質引入了全新的概念,也就是「物質的慣性」。

在經典力學中就曾經認為,當我們要確定物質的品質前,就必須先搞清楚要選擇的物理量。如果選定的物質有其特定的性質,比如一些物質有熱量,就也可以用這個物質所能產生的熱量多少來進行判定衡量。

但是由於在自然界中,有著許多帶有不同性質的物質,所以我們對於物質品質的描述,最終只要能夠反映物質內容的多少即可。

但是按照這種方法,就隨之產生了難題: 不同性質的物體該怎麽一起衡量品質多少?

一直以來,為了解決這個難題, 物理學家們界定了「慣性和萬有重力」來解決這個難題,這二者都是具有普遍性的性質。 有了這個方法後,利用「慣性品質」與「重力品質」我們就可以對不同物質做出品質的衡量。

鹽溶於水的實驗

而曾經在物理學界有個「奇怪」的實驗, 就是當我們將一斤鹽溶在一斤水中,所得出的結果居然不是人們常理認為的兩斤。 鹽怎麽會在水中莫名其妙消失了呢?想要破解這個難題,我們就得先了解一個概念。

在物理學界中, 還有一個有關品質的定律叫作:品質守恒定律。

這個定律想要實作的要求就是需要 「一個物質空間和外界進行完全的隔離, 這樣一來,才能達到物體總品質不變的預期。」

物質本質是原子,數量不變即重量不變

那麽就有人提出疑問, 品質守恒定律中所要求的「隔離」究竟是什麽意思呢?

其實這個「隔離」要求並不難理解,它所要求的實質上就是創造一個在理論上的假設空間,使得物質可以在不受其他外界因素的影響發生自由反應。

在這種絕對理想的環境下,無論物質發生怎樣的變化,那麽它的總品質就一定會是不變的。比如在我們曾經所認知的「恒溫條件」、「密閉空間」等,都是在絕對符合要求的理想「隔離空間」。

所以由此看來,鹽溶於水的實驗似乎就並不能符合這個要求。

在這個實驗中,存在著太多可以影響效果的外界因素。 就連愛因史坦也曾經提到過,能量的交換實質上也是物質的交換。 任何外界所存在的影響因素,都有可能造成最後品質的變化。

比如在實驗開始時候,天空還是一片烏雲,沒有任何陽光。當實驗人員將鹽放入水後,太陽恰巧出來了,溫度也會隨之升高, 此時外界的條件就有存在著變化。

且在實驗過程中,如果我們為了加快鹽的融化去使用相對溫度較高的水, 也會造成一定量的水分流失。

不僅如此,如果我們使用的鹽是特殊的鹽類, 鹽在遇到水時候也有一定機率就散發熱能,從而也會造成物質能量上的流失。

因此,其實一斤鹽溶於一斤水中,所得到的總品質很難為兩斤,實質上是受到外界不確定因素的影響,最終的實驗結果也不足為奇。

在封閉空間,分子出不去,故總品質不變

物理世界的奧秘

由此看來,物理學實際上是一門既嚴謹又靈活的學科。在物理世界中,也存在著許多關於世間萬物的「規律」。這些「物體」的規律都是由數代的物理學家們經過無數次實驗的試驗才最終得出的。

雖然我們對於物理的探究已經有一段時間了,但是在諾大的世界甚至宇宙中,仍然存在著許多我們無法認知到的物理學知識。 在物理的世界中,也存在著許多的奧秘,等著我們慢慢去探索。相信在不遠的未來,我們可以揭示更多有關物理的秘密。