一斤水中加入一斤盐，难道不是两斤总重吗？这隐藏着什么奥秘？大寒|早餐|红糖|多吃|水果|少吃|中薪

文章插图

本文参加百家号＃科学了不起＃系列征文赛。
这问题隐藏了物质本源的奥秘。在现实生活中，你无法准确地称出一斤肉，或一斤米，除了精度，重力还涉及到环境温度问题，但误差实在太小，你要拿着做实验的态度跟摊主讨价还价，纯属没事找事。

文章插图

问题并没有那么简单
当你把一斤盐倒入一个装有一斤水的密闭容器中，你会得到混合物，因为盐（NaCl）的溶解度有限，100g水最多只能溶解36g盐，但这并不影响实验结果。

文章插图

如果你做这个实验得到的混合物，放在称上的示数必然是2斤。因为盐与水在整个实验过程中并没有发生过任何质量损失，即质量守恒。并且整个溶解过程只是物理变化，并未涉及化学反应，从微观角度原子数量也没有出现增多或减少。
【 一斤水中加入一斤盐，难道不是两斤总重吗？这隐藏着什么奥秘？】
文章插图

即使是换一种可以与水发生反应的盐，只要容器是密闭的，不让任何气体溢出，没有任何物质逃逸，那么容器内的质量也是两斤。但如果真的细究起来，问题并没有那么简单，就像文章开头说的：你难以得到准确的一斤，哪怕是水，一切都是理想状态下的。因为质量就是能量，当环境温度变化，质量也会发生变化。
物质的质量时刻在变化
任何实验都是在“控制变量”的情况下实施的，对于一些可以忽略的误差（例如：小数点16位开外的数据），做不到，也没必要精益求精，只要保证不会影响实验结果即可。

文章插图

如果非要计较到小数点16位开外，那么一斤水加一斤盐难以得到两斤（这里的两斤指代的是质量，而不是重量），因为实验过程我们只考虑了质量变化，并没有考虑“另一种质量”的变化。

文章插图

1905年，人类尚未清楚原子的结构，也不知原子核是何物，爱因斯坦就发表了四篇论文，第三篇为《狭义相对论》。如果说牛顿力学可以统领宏观层面，那么狭义相对论则具有普适性，无论是天体的运动，还是基础粒子间的相互作用。而第四篇是基于《狭义相对论》，也是对其的一项补充，简单称为：质能等价，也就是那个经典的方程：

文章插图

很多人解读这个方程式，总是描述为质量可以转化成多少能量，这其实是一种误读。爱因斯坦论文中并未用到任何与“转化”相关的字眼，反而强调质量就是能量的一种形态。这就像人民币、美元都是钱，你不能说我要把美元或人民币转换成多少钱，因为它本身就是钱。你也可以说成能量是质量的另一种形式，总之它们就是同一种东西，相互依存，只存在数值上的变化，不存在转化。

文章插图

顺着爱因斯坦的思路你会发现，如果能量产生了变化也就意味着质量发生了变化。例如：一斤沸水倒入一斤盐，封闭起来，水会不断向外辐射能量，慢慢的温度会降到与室温相同，水失去能量的过程实际上就是损失质量的过程，那么实验的结果就不再是两斤，损失的质量为m=E/c^2，E为混合物向外辐射的总能量，c为光速，虽然得出m非常小，但并不意味着没有。当然，从控制变量的角度，这点质量损失是可以忽略不计的。