经典物理学确立的质量守恒定律,回答了在一个封闭系统中,无论是发生物理变化还是化学变化,其组成物质的微观粒子并没有发生变化,因此整个系统的质量并不会发生变化。同样,对于一个封闭系统中物体的总能量来说,按照经典物理学确立的另一个守恒定律-能量守恒定律解释,其能量的总和也不会发生变化。因此,如果按照经典物学来衡量上述问题,一斤盐溶在一斤水中,总质量是两斤无疑。


但是,随着人类科学技术水平的提升,人们对客观世界的认知程度也不断深入,特别是爱因斯坦提出狭义相对论以后,将物体的存在状态与自身的运动速度联系在了一起,其中物体的质量会随着运动速度的变化而发生变化,这就是著名的质速方程。根据该方程,科学家们通过推算,依据动能定理和动量定理,得出物体所包含的能量与质量差异之间的关系,最终形成了质能方程,即EK=m*c^2-m0*c^2。


通过质能方程,我们进一步了解,物体所包含的能量,既包括在相应惯性参照系内物体所蕴含的分子运动动能、分子势能、电磁能、结合能、化学能等等,同时也包含着物体处于相对运动状态时的动能。质能方程从本质上将物体的质量和能量进行了统一,即物体的总能量既可以用质量来表达,也可以用能量来表达,质量和能量是一种相互对应的关系,物体质量的变化,实质上是静止质量发生变化的结果。


爱因斯坦提出的质能方程,首先在核变物理过程中得到印证,并成为支撑整个物理大厦体系最重要的核心理论之一。原子之间发生聚变或者核变,在此过程中所释放的能量,对应于原反应体系中静止质量缺失的部分,反应前后系统内各种物质的质量、能量之和都是相等的,我们习惯于用能量来表达核变过程中所表达出来的结果,从某种意义上来说,辐射能的产生,来源于系统反应前静止质量的“对应转化”。


回到最初的问题上来,将一斤盐溶入一斤水,由于盐在水中的溶解度一定,因此盐不可能完全溶化,但不论溶化多少,在盐的溶解过程中,产生由盐晶体破坏所吸收的能量、形成盐溶液所释放的能量两个截然不同的能量变化过程,最终是吸热和放热,取决于上述两种热效应的绝对大小。通过相关研究监测数据显示,盐在整个溶解过程中,总的能量变化情况是释放能量,其值约为每摩尔9.5KJ左右。


按照爱因斯坦质能方程,这积分释放的能量,是由盐在水中溶解反应过程中,由盐和水的共同静止质量能提供,那么我们在理论框架下,监测该系统在溶解前后的静止质量,就会发现溶解之后盐水混合物的总质量,要小于反应前盐和水独立存在时的总质量,它们静止质量的差值,“转化”成热量散发出去了。而在实际反应过程中,由于这部分的热量值很小,所对应的静止质量变化更是微乎其微,仅有10^(-13)克级别,因此即使用非常精密的仪器,也很难测算出来。

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