一斤盐放到一斤水里会是两斤吗?

我要新鲜事2023-12-31 19:02:561阅

把一斤盐放入一斤水中会得到什么？按照常理来讲，我们应该得到两斤盐水。然而事实上有人做了这样一个实验，结果称重的结果总是比两斤小。

我们都知道质量守恒定律是自然界的基本定律。但盐水的实验好像打破了这一定律。实验结果一出，网友们炸开了锅。有人认为这是伪科学，一斤水加上一斤盐肯定会得到两斤。也有人认为这很正常，自然界无奇不有，人类根本没完全掌握规律。具体是怎么回事呢？让我们从头说起。

质量守恒定律

质量守恒定律是物理学中的一个基本定律。它表明在任何物理或化学变化中，系统中所有物质的质量之和保持不变。

例如，当一块冰块融化成水时，质量守恒定律要求冰块的质量与生成的水的质量之和（即冰水混合物的质量总和）保持不变。虽然物质的形态发生了变化，但质量的总量保持不变。

质量守恒定律的概念和观察最早可以追溯到古希腊时期。然而，它的明确表述和系统化归因可以追溯到18世纪。1756年俄国化学家米哈伊尔·罗蒙诺索夫（Mikhail Lomonosov）在实验中煅烧锡，并观察到在锡的氧化过程中，容器和容器内物质的总质量保持不变。于是他得出结论：化学变化中物质的质量是守恒的。然而这一发现在当时并未得到重视，直到1977年，法国科学家安托万·拉瓦锡（Antoine Lavoisier）做了同类的实验并得到同样的结论，质量守恒定律才获得公认，成为了自然界基本定律之一。

一斤水加上一斤盐

其实一斤水加上一斤盐这个标题本身就存在一定陷阱，因为盐是存在溶解度这个说法的。所谓溶解度是指在特定温度和压力下，溶液中可以溶解的盐的最大量。对于氯化钠（NaCl）来说，在常温下（约为25摄氏度）下，其溶解度大约是36克/100毫升水。

水的密度为每升1000克，也就是说1斤水大约等于500克，也就是说1斤水最多可以溶解180克的盐，把一斤水和一斤盐放在一起，实际上会得到一定的盐水和未溶解的盐。那么抛去标题中的陷阱，1斤水加上1斤盐混合在一起，其盐水和未溶解的加在一起其实也不到两斤，这是为何呢？不是说好的质量守恒吗？这就要说到爱因斯坦的发现了。

质量即能量

爱因斯坦认为质量即能量。所谓能量是物体或系统执行工作所具有的能力。它是物质和场的状态，可以转化为其他形式的能力。能量的定义是具有物理量纲的标量，其单位是焦耳（J）。除了焦耳，其他常见的能量单位还包括千卡（kcal）、千瓦时（kWh）等。

人类对能量的认知起始于古希腊，但真正研究起来是在17世纪。当时，德国物理学家威廉·奥斯特瓦德·莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz）和英国物理学家罗伯特·墨勒（Robert Boyle）等人在研究运动和力学时开始思考能量的性质，莱布尼茨与笛卡尔还曾有一场著名的活力之争。这时对能量的了解是粗浅的，直到19世纪中期，德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）发现了能量守恒定律。

亥姆霍兹通过观察和实验验证了能量在不同形式之间的转换，例如热能转化为机械能、电能转化为光能等。他认识到在自然界的各种过程中，能量的总量始终保持不变。于是他得出结论：在一个封闭系统中，能量的总量保持不变，即能量不会被创造或销毁，只会发生转移或转化。例如，当一个物体从高处落下时，它的重力势能逐渐转化为动能。虽然能量的形式发生了改变，但总能量保持不变。同样，当我们将木材燃烧时，化学能转化为热能和光能，但总能量仍然保持不变。

爱因斯坦在研究光的行为和研究电磁辐射时，注意到光的能量与其频率有关。他发现能量与质量之间存在某种关系，并开始思考质量和能量之间的等价性。通过分析光的行为以及以太假设的问题，爱因斯坦推导出了质能关系的表达式，并得出了质量和能量之间的等价性，即质能关系，数学表达式是E=mc²，其中E表示能量，m表示物体的质量，c表示光速（即真空中的光速）。

这个简单的表达式表明了质量和能量之间的等价性。换句话说，质量和能量是可以相互转化的。这表明了物质的一部分质量可以转化为能量；而能量也可以转化为质量；这颠覆了传统物理学中质量和能量是独立存在的观念，也完美解释了一斤水加上一斤盐为什么不等于两斤的问题。

现在质量守恒定律的详细解释为：在任何与周围隔绝的物质系统（孤立系统）中，不论发生何种变化或过程，其总质量保持不变。其关键就在于这个孤立系统，指的是与外部环境没有物质或能量交换的系统。在孤立系统中，没有物质或能量可以进入或离开系统，系统内部的能量总量保持不变。孤立系统的特点是封闭性，它与外部环境隔离，没有与外界进行物质或能量的交换。这意味着系统内部的物质组成和能量分布是恒定的，系统内部的过程仅受到系统内部相互作用的影响。

然然孤立系统在现实是不存在的。无论我们在哪里做实验，都很难避免与外部环境完全隔离。换言之一部分质量将转换为能量转移，因此最后留下物质的能量无法达到两斤。

在具体的实验中，1千克的硝化甘油爆炸后会释放8,000,000焦耳（8,000千焦）的能量，根据质能公式，产生这些能量的质量是8.9×10^(-8)克，与原本的质量相比微乎其微。因此在实验和实用中，质量守恒定律可以说是完全正确的。然而在研究核弹时，人们发现了不同之处。1千克铀235裂变会放出8.23×10^26焦耳的能量，产生这些能量的质量是0.914g，这已经接近千分之一的水准。于是科学家们将质量守恒定律和能量守恒定律合二为一，成为质能守恒定律。

放在盐水实验中，无论是水温还是溶解，实际上都有能量运动，这会导致盐水总质量减少，当然这个减少的量微乎其微，必须用专业的实验室设备才能称量出来，但毫无疑问，它的确是减少了，得不到两斤的总重量。

结语

在实验和实用中，质量守恒定律得到了广泛的验证和应用。无论是化学反应、溶解过程还是其他物质变化，总质量保持不变是一个基本的观察结果。

我们今天对能量和质量之间关系的理解得益于历史上众多科学家的努力和研究。从古希腊时期开始，人们对能量的概念逐渐形成，并在17世纪开始对其性质展开深入探究。随着时间的推移，赫尔曼·冯·亥姆霍兹的能量守恒定律以及爱因斯坦的质能等价原理等重要发现，进一步丰富和完善了我们对能量和质量关系的理解。