如果將一斤鹽放進(jìn)一斤水中，最后的結(jié)果一定是兩斤重嗎？答案是一定，但有條件。
鹽和水實(shí)驗(yàn)
這看似簡(jiǎn)單的操作，實(shí)際上在物理學(xué)家們的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行過(guò)許多次，不斷地驗(yàn)證的結(jié)果，最后提出了質(zhì)量守恒定律。
該定律究竟有什么意義？科學(xué)家們對(duì)此做了哪些努力？在該定律的基礎(chǔ)上還提出了什么？有何意義？
鹽與水的實(shí)驗(yàn)
將兩杯重為一斤的鹽和水放進(jìn)同一個(gè)容器中，觀察它們的共同重量是多少。在我們的日常操作中，由于實(shí)驗(yàn)條件的不嚴(yán)格所以該實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果也許比兩斤多或者少。但要是在物理學(xué)家或化學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室中，滿(mǎn)足了密封加絕熱的條件，最后的結(jié)果就一定是兩斤。
平常的條件達(dá)不到實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)
據(jù)記載，該類(lèi)型實(shí)驗(yàn)是從1756年俄國(guó)科學(xué)家羅蒙諾索夫的錫煅燒開(kāi)始的，當(dāng)時(shí)他將錫放在一個(gè)密閉容器中煅燒，最后生成了白色的物質(zhì)。雖然錫的形態(tài)發(fā)生了變化，但實(shí)驗(yàn)前后的容器內(nèi)物質(zhì)總質(zhì)量卻完全相同，這讓他十分驚訝并接連重復(fù)了幾次實(shí)驗(yàn)操作，結(jié)果都是如此。
俄國(guó)科學(xué)家羅蒙諾索夫
于是羅蒙諾索夫提出了化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)總質(zhì)量不變的結(jié)論，但并未引起關(guān)注。雖然21年后拉瓦錫也提出了相同的猜測(cè)，但由于其缺乏精密實(shí)驗(yàn)儀器，也還是不夠有力證明該結(jié)論。
所以后來(lái)的許多科學(xué)家都專(zhuān)注在該實(shí)驗(yàn)的精確度上，想得到更確實(shí)的證據(jù)來(lái)證實(shí)這一理論。最后在20世紀(jì)初，以英國(guó)化學(xué)家曼萊的誤差在0.0001g內(nèi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，肯定了這一理論，也就是質(zhì)量守恒定律。
質(zhì)量守恒定律
質(zhì)量守恒定律
該定律是指：在任何與周?chē)艚^的物質(zhì)系統(tǒng)（孤立系統(tǒng)）中，不論發(fā)生何種變化或過(guò)程，其總質(zhì)量保持不變。
就像前面說(shuō)的，一斤鹽和一斤水相遇答案應(yīng)該是兩斤，只不過(guò)在日常生活中鹽溶于水會(huì)受到諸如空氣、溫度等因素的影響，結(jié)果有一定的出入，不過(guò)這些出入一般也很小。
鹽溶于水
質(zhì)量守恒定律說(shuō)明了物質(zhì)質(zhì)量的不滅性，不受任何因素所改變，即使物質(zhì)實(shí)體和構(gòu)成物質(zhì)的化學(xué)成分可能會(huì)在形式上發(fā)生變化，其質(zhì)量依然始終如一。
既然物質(zhì)質(zhì)量不能被創(chuàng)造和毀滅，那么我們也就能夠在類(lèi)似煉金廠等化學(xué)反應(yīng)的地方，利用該定律核實(shí)最后產(chǎn)出的物質(zhì)重量是否與原材料質(zhì)量相當(dāng)。說(shuō)白了，對(duì)檢查是否有不良用心之人在反應(yīng)環(huán)節(jié)偷取原料或者成品很有幫助。
質(zhì)量守恒作用最大的地方就是煉金廠
質(zhì)量守恒定律的出現(xiàn)并不是該定律的結(jié)束，1905年物理學(xué)家愛(ài)因斯坦提出了質(zhì)能等價(jià)理論，將質(zhì)量守恒定律做了一個(gè)升華。
質(zhì)能等價(jià)理論
質(zhì)能等價(jià)理論將質(zhì)量和能量統(tǒng)一起來(lái)分析，愛(ài)因斯坦認(rèn)為它們本就是個(gè)統(tǒng)一體，不應(yīng)該被人們當(dāng)成兩種不同的物質(zhì)。
質(zhì)量和能量就像是物質(zhì)的正反面，彼此相輔相成，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量，能量也有等價(jià)的質(zhì)量。愛(ài)因斯坦用了一個(gè)公式來(lái)表示它們之間的關(guān)系，就是質(zhì)能方程E=mc^2 ，其中E代表能量，m代表質(zhì)量，c則代表著光速。
愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程
該公式是愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的補(bǔ)充，他認(rèn)為物質(zhì)的質(zhì)量和能量成正比。也就是質(zhì)量越大其蘊(yùn)藏的能量也就越大，這一點(diǎn)也許我們從人體的胖瘦和力度大小能感知一二。
至于日常生活中人們對(duì)于能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量好像并不怎么能理解，是因?yàn)檫@需要非常大的能量才能幫助顯示出質(zhì)量。根據(jù)質(zhì)能守恒公式可以得到，光速的正常數(shù)值是3*10^8m/s ，所以m=E/9*10^16 ， 也就是說(shuō)至少需要10^12J的能量，質(zhì)量才可能被感知到。
巨大的能量
用質(zhì)能守恒定律來(lái)解釋前面的鹽與水實(shí)驗(yàn)也很容易理解，鹽在遇到水時(shí)，其主要成分氯化鈉會(huì)溶解到水中，這個(gè)過(guò)程會(huì)向外釋放能量，如果該實(shí)驗(yàn)環(huán)境沒(méi)有密閉，這些能量就會(huì)散發(fā)出去，最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果就可能會(huì)低于2斤。
同樣如果實(shí)驗(yàn)中與水相溶的鹽主要成分是硝酸鉀、氯化銨之類(lèi)的，那么在不密閉的環(huán)境下這些成分就會(huì)吸收能量從而使得實(shí)驗(yàn)最后的的總質(zhì)量大于2斤，也有像氯化鉀這樣的只要實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制相同的溫度，實(shí)驗(yàn)前后就能得到相同的質(zhì)量。不過(guò)不同的溫度，鹽的溶解度也不相同，同樣也會(huì)影響到最后的質(zhì)量。
實(shí)驗(yàn)也能通過(guò)質(zhì)能守恒定律來(lái)解釋
質(zhì)能守恒定律也對(duì)質(zhì)量守恒定律做了最終的確定，比如科學(xué)家們?cè)陉P(guān)于硝化甘油的爆炸實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)1000g硝化甘油在爆炸之后能釋放8.0×10^6 J的能量。如果用質(zhì)能關(guān)系的公式換算成適量就是8.9×10^-8 g，而這與最初1000g的質(zhì)量差距幾乎可以忽略不計(jì)，所以也能夠證明質(zhì)量守恒定律的準(zhǔn)確性。
物理學(xué)的其他理論
狹義相對(duì)論是阿爾伯特·愛(ài)因斯坦提出的，主要有狹義相對(duì)性原理和光速不變?cè)?，認(rèn)為在慣性系中這兩條原理全都適用。
狹義相對(duì)論
狹義相對(duì)性原理是指物質(zhì)總是運(yùn)動(dòng)的，物質(zhì)之間總是相互聯(lián)系和作用著，物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)密不可分相輔相成，所以在解釋運(yùn)動(dòng)時(shí)必須要找到一個(gè)參考物來(lái)描述。
光速不變?cè)?/strong>解釋起來(lái)比較晦澀，舉個(gè)例子就是無(wú)論人待在家里還是坐在運(yùn)行的飛機(jī)上，測(cè)出來(lái)的光速都是相同的。
光速不變?cè)?/p>
狹義相對(duì)論中出了質(zhì)能守恒定律還延伸出了許多有趣的理論，比如時(shí)空膨脹效應(yīng)、長(zhǎng)度收縮效應(yīng)。
時(shí)間膨脹是一個(gè)相互的效應(yīng)，指兩個(gè)人在觀測(cè)對(duì)方的時(shí)鐘時(shí)，都覺(jué)得對(duì)方時(shí)鐘走慢了，即使這是兩個(gè)完全相同的時(shí)鐘。長(zhǎng)度收縮效應(yīng)能夠更明確的展現(xiàn)出空間的相對(duì)性，該理論認(rèn)為沿著桿子方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)的桿子長(zhǎng)度會(huì)短與其靜止的長(zhǎng)度。
愛(ài)因斯坦
阿爾伯特·愛(ài)因斯坦作為偉大的物理學(xué)家，提出的兩組相對(duì)論革新了當(dāng)時(shí)的物理界，他本人出生于猶太人家庭。
阿爾伯特·愛(ài)因斯坦
常常會(huì)有人說(shuō)猶太人都非常聰明，不知道是愛(ài)因斯坦沾了猶太人的光還是猶太人沾了愛(ài)因斯坦的光。總之，愛(ài)因斯坦直到現(xiàn)在也被認(rèn)為是世界上最聰明的人。
猶太人
愛(ài)因斯坦也被美國(guó)《時(shí)代周刊》評(píng)選為20世紀(jì)的“世紀(jì)偉人，他同時(shí)被認(rèn)為是伽利略、牛頓之后最偉大的物理學(xué)家，也是批判學(xué)派科學(xué)哲學(xué)思想之集大成者和發(fā)揚(yáng)光大者。
愛(ài)因斯坦的偉大并不單單指他的物理學(xué)貢獻(xiàn)，他還在戰(zhàn)爭(zhēng)期間倡導(dǎo)和平反對(duì)使用核武器，有著強(qiáng)烈的人道主義情懷。
倡導(dǎo)和平的愛(ài)因斯坦
愛(ài)因斯坦在提出相對(duì)論之后，許多科學(xué)家一時(shí)還不能理解該理論的內(nèi)容，當(dāng)時(shí)有個(gè)有趣的說(shuō)法就是，有人問(wèn)愛(ài)丁頓：“聽(tīng)說(shuō)如今了解相對(duì)論的世界上只有三個(gè)人，除了愛(ài)因斯坦本人還有您，那么另外一個(gè)是誰(shuí)呢？”那人看愛(ài)丁頓沉默了，便說(shuō)：“您不用如此謙虛?！苯Y(jié)果愛(ài)丁頓回答他在想第三個(gè)人是誰(shuí)。
雖然故事的真實(shí)性有待考量，但也確實(shí)說(shuō)明當(dāng)時(shí)愛(ài)因斯坦的見(jiàn)解已經(jīng)超出了這個(gè)世界的絕大部分人。值得一提的是，這樣一個(gè)一生都致力于物理世界的科學(xué)家，卻在其晚年提出相信斯賓諾莎的上帝，因?yàn)橛钪骈g的事物實(shí)在安排得過(guò)于巧妙?？窗桑词故茄芯扛鞣N規(guī)律物質(zhì)的科學(xué)家，在創(chuàng)造了許多定律之后依然覺(jué)得宇宙間的規(guī)律存在得不合常理，就像有人特意安排的一樣。
真的有上帝一說(shuō)嗎
雖然愛(ài)因斯坦所說(shuō)的斯賓諾莎的上帝指的還是自然界中規(guī)律和法則，并不是什么“宙斯”、“玉皇大帝”等虛無(wú)的神。
但其也確實(shí)說(shuō)明，雖然人類(lèi)已經(jīng)取得了許多成就，了解到了關(guān)于物理、化學(xué)方面的諸多規(guī)律，但宇宙間還有許多的秘密未被人類(lèi)揭開(kāi)。巧合的背后是規(guī)律，那么規(guī)律的背后又是什么？“上帝”的真面目是什么？
