质量守恒

关于“一斤盐放进一斤水，最终的质量是多少”的问题，我们至少要做几个基本的假设：

• 在操作过程中没有任何的水和盐的散失；

• 整个系统是理想系统，系统与外界没有任何物质和能量的交换。

如果，

基于这两点，那么最终的质量是不会变的

。而原因也很简单，那就是

质量守恒定律

。放盐之前，是一斤水+一斤盐，而放完盐之后，本质上还是一斤水+一斤盐，所有放盐前后并没有任何质量的变化。

• 溶解度问题

有人可能会提到溶解度的问题，事实上，当一斤盐放入一斤水当中，只有一部分的盐溶解，在室温20℃时，大概100克水最多能溶解36克的氯化钠，那么一斤水能溶解180克盐，所以整个系统中会剩下320克盐以及680克的食盐水，结果还是1000克，也就是两斤。

如果室温是变化的

上文的讲述是基于“整个系统外界没有任何的物质和能量交换”，也就排除了室温对于系统的影响。那么室温真的会对整个系统造成影响么？

答案很显然是会的，只不过影响会乎其微。整个影响大概有多小呢？基本上是在小数点后10几位的影响。

• 质量和能量

很多人都有一个误区，那就是狭义相对论中的质能方程的相关理论，其实也就是大家熟悉的E=mc^2，是用在核反应中的。这个观念是对于质能方程以及核弹原理的误解。质能方程是1905年由爱因斯坦提出来，而核弹原理则要等到1938年才由几位科学家发表出来，核弹的原理要么是核聚变要么是核裂变，而非质能方程。

实际上，质能方程具有普适性的，它会出现在方方面面。那这里就涉及到了，这个理论到底说了什么？

这就又涉及到了很多人对于质能方程的误解，最常看到的描述是“质量转化为能量”。这误解了爱因斯坦的本意，他想表述的其实是

质量和能量其实是一回事，是一个物质的两个面，质量里有能量，能量里有质量。

为了让你更能理解这个公式的意义，我们可以来做一个比喻。如果你有一份资产，你可以让它兑换成人民币，你也可以把它兑换成美金。这里人民币就好比质量，美金就好比能量，他们之间是可以直接等价的，而汇率就是它们的等价关系。质量和能量的汇率就是c^2，所以才会有E=mc^2。

还拿上文中的核弹说事，核弹爆炸不是“质量转化为能量”，本质上是核弹爆炸损失了静止质量，这部分质量以与其等价的能量向外扩散了。如果我们把这部分能量收集起来称重，它其实也是有质量的。

那这和食盐溶解水有什么关系呢？

试想一下，如果外界温度是100度，而整个系统是20度的，如果和外界是隔离的还好，但如果是不隔离的，有能量交换的，之后室温就会影响系统的温度，使得整个系统的温度上升，也就是说，系统吸收了很多外界的能量，通过质能等价关系，我们就很容易得到这么一个结果：

• 外界温度大于系统温度，那么质量就上升了。

同样的道理，如果外界的温度是低于整个系统的温度，比如，外界温度是地下30度，而系统温度还是20度，那么系统其实会不断地向外辐射能量，也就是损失了能量，根据质量等价关系，我们就很容易得到这么一个结果：

• 外界温度小于系统温度，那么质量就下降了。

因此，这里我们要深刻理解质量和能量的关系，之所以我们平时无法理解这个观念，是因为它在宏观低速的世界中体现出来的差异极其小，毕竟有m=E/c^2，任何的能量变化都要除以一个c^2，这可是要除以9*10^16，所以体现在质量的差异常常比我们使用的仪器误差还要小的，所以，我们根本感受不到。

物理学家是很喜欢玩“统一”的，他们有个大大梦想是大一统理论，把所有的理论用一个理论统一起来。而在物理学史上能跻身其三的科学家都实现了部分统一，

• 牛顿统一了天上和地下的物理学规律，让我们知道天上和地下用的是一套理论；

• 麦克斯韦统一了“电”和“磁”，让我们知道电和磁是一回事；

• 爱因斯坦统一了“时间”和“空间”，让我们知道时间和空间并立起来考虑，用时空这个词来代替，同时，爱因斯坦还统一了“质量”和“能量”，让我们知道质量和能量其实是一回事。

实际上，对于质量的理解在粒子物理学标准模型又发生了一系列的变化，但这并不影响质能等价，它反倒是对于质能等价的进一步运用。

总结

最后，我们来总结一下，

• 如果系统和外界没有任何物质和能量的交换，那么根据质量守恒，质量不会发生改变；

• 如果外界和系统有物质和能量的交换，如果外界的温度大于系统温度，那么系统的质量会增加。

• 如果外界和系统有物质和能量的交换，如果外界的温度小于系统温度，那么系统的质量会减小。