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回顧:一斤鹽一斤水相溶,為何難得到兩斤鹽水?愛因史坦:品質即能量

2024-09-30科學

一斤鹽加在一斤水裏,總共會有多少斤鹽水?

有人會說肯定是兩斤,根據 品質守恒 品質不會憑空消失 也不會憑空產生 ,鹽和水不會發生化學反應,沒有瓦斯生成,那麽 總品質是兩斤

這樣說 不完全對 ,因為問的是 鹽水的品質 不是整體

其次,也沒有說 在哪裏兌鹽水 ,萬一,在愛因史坦假設的時空隧道裏呢?

鹽溶於水

鹽與水與鹽水

根據品質守恒定律,一斤鹽和一斤水混合, 總品質是兩斤 這無可厚非,但是得到的 鹽水不一定是兩斤

首先我們得明白, 鹽水的品質與放多少鹽無關 與溶解在水裏的鹽有關

我們來看看鹽在水中的溶解度, 20℃的時候 ,鹽在水裏的 溶解度是36g/100g ,即 100克水裏只能溶解36克鹽

一斤等於500克,一兩等於50克,一錢等於5克。

20℃的時候只能 溶解180克的鹽 ,剩下的 320克鹽會沈在水底

一斤重的鹽

如果我們連同整個燒杯一起稱重,那麽自然是兩斤,可是 只測量鹽水的品質 ,應該只有 一斤三兩六錢

如果我們 加熱水 ,讓鹽的溶解度上升,到 100℃水沸騰 鹽的溶解度為40g/100g ,即 100克開水裏面溶解40克鹽 ,忽略掉水蒸氣蒸發,這一斤水溶解的鹽有 200克 ,此時的 鹽水重量是一斤四兩

我們知道標準大氣壓下,水的沸點為100℃,再怎麽燒都只有這個溫度。

所以 正常情況下 鹽水的極限可能就是一斤四兩

鹽水是透明的

當然我們可以 增大壓力 增加水的沸點 ,讓它達到 極限的374℃ 說不定可以得到2斤的鹽水

以上所說的鹽,指的是 食用鹽氯化鈉 ,在化學上, 鹽是一個大類 ,不單單只有氯化鈉一種。

如果我們使用的鹽名字叫 硫化鋁 ,將它放進一斤水裏面,二者會發生反應 生成氫氧化鋁和硫化氫

硫化氫是瓦斯 ,就是我們常說的 臭雞蛋味道 ,它會 逃逸到空氣中 ,最後稱重,這個時候的 總品質也不是兩斤

水標準大氣壓下沸騰

況且,這個實驗 沒有說在哪裏溶解鹽 ,萬一是在愛因史坦的 狹義相對論 環境中呢?

我們以氯化鈉為例,在它溶解到水中後,水裏會出現 鈉離子與氯離子 ,它們在 水中自由運動

如果 這些離子的運動速度達到了光速 ,可能這杯鹽水就 不再是我們認識的鹽水

鈉離子和氯離子

品質與能量

人類歷史上最強大的能量,來自最小的原子,而它產生的能量來自它 自身的品質和速度

宏觀物理 中, 品質是品質、能量是能量 ,它們 二者沒有關系 ,而且 品質是不變的

這是因為在宏觀情況下,我們肉眼能看到的一切, 運動速度太慢了

愛因史坦將人類的視角 調整到了另一個維度 ,當物體的 運動速度達到光速的情況下 ,它產生的能量是 品質與光速平方的乘積

質能方程式

即便是我們肉眼看不見的原子,也能 產生巨大的能量

如果這杯鹽水是在 相對論的世界裏 ,鹽水裏面的 水分子、鈉離子、氯離子 以光速運動,這杯鹽水或許就不是鹹那麽簡單了,它是 直接炸了

鹽水產生的能量,或許能夠炸毀整個地球,這不是鹽水,而是「 鹽子彈 」!

根據愛因史坦的 質能方程式 可以得出品質與速度的關系, 運動速度越大 品質就會越大

品質會在光速運動的時候具有巨大能量

如果將這杯 鹽水放入正在光速飛行的飛船中 ,那麽它的 總品質就不是兩斤 了,而是 無窮大 ,這種情況 理論上是不存在的

綜上所述,如果 不是在地球自然情況下 ,而是在 速度非常大 的情況下, 鹽和水的總品質不可能是兩斤 ,反而 會大於兩斤 ,速度越大,鹽與水的總品質就越大。

因此,如果 不把鹽與水相容的條件說清楚 ,整個 鹽與水組成的體系很有可能無法遵守兩斤的恒定

這也是 物理的神奇 ,不同條件下,事情會 超過人們的認知

就像量子物理學家、哥本哈根學派奠基人 波耳 所說,如果一個人聽完量子物理不生氣,那說明沒聽懂,因為物理有的時候就是 顛覆人類經驗的

波耳和愛因史坦

不可思議的物理世界

鹽溶於水是 物理變化 ,不會誕生新的物質,遵守 品質守恒定律 ,這是宏觀物理告訴我們的。

但是 換一個體系 ,這些統統都不成立,比如 鹽水淪陷世界 鹽水品質超越地球

人類最初對物理的認識 來源於生活中的經驗總結 ,這其中很有可能出現 一定的誤差

比如人們會認為一個物體 只存在一種狀態 ,不可能 呈現兩種狀態 ,它是什麽就是什麽。

常溫下的鹽和水

然而 量子物理學家 告訴人們,之所以人們認為一個事物只有一種情況,是因為 人們的眼睛已經看到了 ,看到了所以就可以確定狀態。

如果將一只貓放入密閉空間,裏面準備一瓶毒藥,再放入放射性元素。

放射性元素 有機率發生衰變 ,產生的放射線打碎毒藥, 將貓毒死 ;也有可能 放射性元素相安無事 ,所以 貓也沒有任何危險

在沒有開啟密閉空間的情況下,貓 既是活的也是死的 ,就出現了「 半死不活 」的狀態。

薛丁格的貓

這就是量子物理中著名的 薛丁格的貓 ,直到現在,人們還在 為了這只「生死不明」的貓爭論

就像量子物理已經 誕生了100多年 ,卻依然有很多人認為它不是物理問題,而是哲學。

這也折射出了 宏觀條件對量子物理的局限 ,或許很多量子物理的問題是沒辦法在宏觀環境下解決的。

或許關於量子物理的爭論會在未來的某一天得到解決,就像禁錮了物理世界2000余年的舊理論,被後世的物理學家們一一打破。

量子物理代表人物

物理的歷史

今天的物理研究包括四個研究領域: 凝聚態物理 ,也就是我們常說的宏觀物理,經典物理;原子、分子和光學物理,介於宏觀與量子之間; 高能/粒子物理 ,也就是所謂的粒子碰撞、核融合與分裂等; 天體物理 ,也就是天文學。

這其中, 宏觀物理脫胎於哲學 天文物理脫胎於占星術 微觀物理 近代 才興起的,可見 物理大廈 也不是一朝一夕就建好的,它足足 跨越了2000多年 ,期間走過很多岔路。

物理公式們

比如 亞里斯多德 認為,物體運動是因為 提供了力 ,沒有力的物體就不會運動。

但是牛頓用 第一定律 否定了亞里斯多德的說法,在牛頓的理論中,如果一個物體沒有受力,它會 靜止或者做勻速直線運動

比如慣性,如果我們在一個 沒有阻力 的情況下,撤掉了外力,那麽物體會 沿著之前運動的軌跡做勻速直線運動

亞里斯多德這麽認為,是因為 真實的情況下是有阻力的 ,所以物體最後都會停下來。

亞里斯多德

亞里斯多德還認為 地球是宇宙的中心 ,這一條理論被奉為 圭臬 禁錮了當時天文物理的發展

伽利略因為支持日心說,70多歲的時候還被抓去坐牢,最後在軟禁中走完了自己生命。

當然這不是伽利略第一次反對亞里斯多德的學說,他還認為 自由落體與物體的品質沒有關系 ,這與亞里斯多德所說的品質大的物體下落速度更快相悖。

近代物理奠基人伽利略

和慣性原理一樣,亞里斯多德這麽說,是因為現實中有 空氣阻力 ,物體下落的速度與 品質、形狀有關

伽利略所說的自由落體是 忽略空氣阻力的 ,因此下落速度與品質沒有關系。

如果是2000多年前,人們可能會為了驗證一斤鹽溶於一斤水有多重,使用工具稱重,最後得出它們的總品質是兩斤,但是鹽水沒有兩斤的結論。

實驗室測量品質的天平

但是他們無論如何也無法得出,鹽水的品質可能會無窮大,因為那個時候的他們不知道品質與能量還有關系。