為何一斤鹽溶於一斤水，很難得到兩斤總重？愛因斯坦：質量即能量

綜述

提到各種各樣的物理知識，相信大家對於中學時候學過的

物質守恆定

律

還有印象，這個定律的內容大概是，在一個獨立的、與外界隔絕開的物質空間中，無論這其中的物質之間進行怎樣的活動和轉化，

整個空間的物質的總質量始終保持原來的水平

。

這不禁讓我們想起那個有趣的實驗，

一斤鹽溶於一斤水之後，總質量卻不是我們想象中的兩斤

，這具體該如何解釋呢？

什麼是質量？

說到質量，我們經常會把它和另外一個物理量混淆，那就是

重量

。

生活中也經常會有誤用的情況，但其實

二者是完全不同的概念

，所謂

質量指的是物質的數量

，它所描繪的特定物體所包含的物質的多少。而

重量指的是物體所受到的引力的大小

，也就是來自地球的重力作用。

一個最簡單的區分方法是，二者的度量單位是不一樣的，質量的單位是千克，而重量的單位是牛頓。

當然，物理學上關於質量還有更多專業的區分，比如它還分為兩種不同性質，也就是

慣性質量和引力質量

。

最早對質量這一概念作出定義的科學家就是牛頓，同時期的以及後來的很多物理學者都對他的定義提出了很多看法，比如一些人認為

他沒有將密度和質量之間的關係闡釋清楚

。

他們的觀點是，密度和質量在某種程度上是同一個東西，所以牛頓的定義其實還是在做一種同義反復，但是在《自然哲學的數學原理》中，牛頓其實討論了這一點，他對質量的定義確實引入了新的概念，也就是

物質的慣性

。

經典力學認為，在確定物質的質量之前，必須要確定所選定的物理量，比如可以直接用分子或者其它粒子的數量來描述其大小。

如果物質有著特定的性質，比如熱量，那麼也可以用它能夠產生的熱量的多少來衡量，這種方法就每一種物質本身來說是完全沒有問題的。

因為不同的物質有完全不同的特點，只要最終的結果本質上指的是物質內容的多少，就是準確的描述。

但是這樣的方法會產生一個困難，那就是

不同的物質之間很難進行統一的比較

，為了便於我們的理解和使用，需要找到一個

具有普遍性的性質

，也就是所謂的

慣性和萬有引力。

因為任何有質量的物質，都會產生慣性並且受到萬有引力的作用，

這二者在物理學上雖然描述的不是一種現象，但是最後得出來的結果是一致的。

既然如此，那麼在鹽溶於水的實驗中，

鹽和水雖然有著完全不同的性質，但是它們的質量其實是可以放在一起進行比較的

，也就是說理論上，它們的質量的數值是完全可以進行數學計算的。

所以我們很自然就會得出，一斤鹽溶於一斤水之後所得到的鹽水的質量就是兩斤，但實驗結果告訴我們，這個計算結果並不準確，我們沒有得到理論上完美的一加一等於二，而是一個更小的數字，那這個過程中到底發生了什麼呢？

質量守恆定律

讓我們回到質量守恆定律的內容，也就是說，

一個物質空間必須要和外界完全隔絕，才能夠實現總質量保持不變的效果

。

愛因斯坦提出的質能關係進一步指出，

能量的交換就是物質的交換

，那麼所謂的隔絕指的又是什麼呢？

你一定還記得中學時代的物理題目裡頻繁出現的這些字眼，恆溫條件、密閉容器、絕熱空間等等，它們的作用其實就是創造一個

理論上的理想實驗環境

。

在這種假設的物質空間中，物質能夠在不受其它因素影響的前提下自由反應，無論發生怎樣複雜的變化，最後依然會保持原來的總質量不變，而

所謂的外部因素的影響，最顯著的例子就是

溫度

。

想象一下在我們這個鹽溶於水的實驗當中，如果最開始時候的狀態是一個溫度，而到了開始

溶化

的時候，太陽卻忽然出來了，空氣溫度上升會帶來室溫上升，這就或多或少會造成水分的蒸發，最後一斤的鹽加上一斤的水，自然也就不是兩斤的結果了。

而且

水和鹽本身的性質和狀態也會產生影響

，比如為了

溶化

更快發生，我們使用的是熱水或者溫水，那麼這個過程中必然會發生因為蒸發而造成的水分流失，或者我們用的鹽不是普通的食用鹽，而是一些發生反應時會吸收熱量或者釋放熱量的鹽，最後都會造成能量的流失，也就是物質的流失。

結語

所以說，一件鹽溶於一斤水要想得到兩斤的總質量，需要滿足質量守恆定律中對物質空間的要求，

絕對隔絕任何外部因素的影響

，讓實驗發生在一個完全獨立和密閉的環境中，否則能量的流失必然會造成質量的減損。