一斤鹽加在一斤水里,總共會(huì)有多少斤鹽水?
有人會(huì)說肯定是兩斤,根據(jù)質(zhì)量守恒,質(zhì)量不會(huì)憑空消失,也不會(huì)憑空產(chǎn)生,鹽和水不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),沒有氣體生成,那么總質(zhì)量是兩斤。
這樣說不完全對(duì),因?yàn)閱柕氖?strong>鹽水的質(zhì)量,不是整體。
其次,也沒有說在哪里兌鹽水,萬一,在愛因斯坦假設(shè)的時(shí)空隧道里呢?
鹽溶于水
鹽與水與鹽水
根據(jù)質(zhì)量守恒定律,一斤鹽和一斤水混合,總質(zhì)量是兩斤這無可厚非,但是得到的鹽水不一定是兩斤。
首先我們得明白,鹽水的質(zhì)量與放多少鹽無關(guān),與溶解在水里的鹽有關(guān)。
我們來看看鹽在水中的溶解度,20℃的時(shí)候,鹽在水里的溶解度是36g/100g,即100克水里只能溶解36克鹽。
一斤等于500克,一兩等于50克,一錢等于5克。
20℃的時(shí)候只能溶解180克的鹽,剩下的320克鹽會(huì)沉在水底。
一斤重的鹽
如果我們連同整個(gè)燒杯一起稱重,那么自然是兩斤,可是只測(cè)量鹽水的質(zhì)量,應(yīng)該只有一斤三兩六錢。
如果我們加熱水,讓鹽的溶解度上升,到100℃水沸騰,鹽的溶解度為40g/100g,即100克開水里面溶解40克鹽,忽略掉水蒸氣蒸發(fā),這一斤水溶解的鹽有200克,此時(shí)的鹽水重量是一斤四兩。
我們知道標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水的沸點(diǎn)為100℃,再怎么燒都只有這個(gè)溫度。
所以正常情況下,鹽水的極限可能就是一斤四兩。
鹽水是透明的
當(dāng)然我們可以增大壓強(qiáng),增加水的沸點(diǎn),讓它達(dá)到極限的374℃,說不定可以得到2斤的鹽水。
以上所說的鹽,指的是食用鹽氯化鈉,在化學(xué)上,鹽是一個(gè)大類,不單單只有氯化鈉一種。
如果我們使用的鹽名字叫硫化鋁,將它放進(jìn)一斤水里面,二者會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鋁和硫化氫。
硫化氫是氣體,就是我們常說的臭雞蛋味道,它會(huì)逃逸到空氣中,最后稱重,這個(gè)時(shí)候的總質(zhì)量也不是兩斤。
水標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸騰
況且,這個(gè)實(shí)驗(yàn)沒有說在哪里溶解鹽,萬一是在愛因斯坦的狹義相對(duì)論環(huán)境中呢?
我們以氯化鈉為例,在它溶解到水中后,水里會(huì)出現(xiàn)鈉離子與氯離子,它們?cè)?strong>水中自由運(yùn)動(dòng)。
如果這些離子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速,可能這杯鹽水就不再是我們認(rèn)識(shí)的鹽水。
鈉離子和氯離子
質(zhì)量與能量
人類歷史上最強(qiáng)大的能量,來自最小的原子,而它產(chǎn)生的能量來自它自身的質(zhì)量和速度。
在宏觀物理中,質(zhì)量是質(zhì)量、能量是能量,它們二者沒有關(guān)系,而且質(zhì)量是不變的。
這是因?yàn)樵诤暧^情況下,我們?nèi)庋勰芸吹降囊磺校?strong>運(yùn)動(dòng)速度太慢了。
愛因斯坦將人類的視角調(diào)整到了另一個(gè)維度,當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到光速的情況下,它產(chǎn)生的能量是質(zhì)量與光速平方的乘積。
質(zhì)能方程
即便是我們?nèi)庋劭床灰姷脑樱材?strong>產(chǎn)生巨大的能量。
如果這杯鹽水是在相對(duì)論的世界里,鹽水里面的水分子、鈉離子、氯離子以光速運(yùn)動(dòng),這杯鹽水或許就不是咸那么簡(jiǎn)單了,它是直接炸了!
鹽水產(chǎn)生的能量,或許能夠炸毀整個(gè)地球,這不是鹽水,而是“鹽子彈”!
根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程可以得出質(zhì)量與速度的關(guān)系,運(yùn)動(dòng)速度越大,質(zhì)量就會(huì)越大。
質(zhì)量會(huì)在光速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候具有巨大能量
如果將這杯鹽水放入正在光速飛行的飛船中,那么它的總質(zhì)量就不是兩斤了,而是無窮大,這種情況理論上是不存在的。
綜上所述,如果不是在地球自然情況下,而是在速度非常大的情況下,鹽和水的總質(zhì)量不可能是兩斤,反而會(huì)大于兩斤,速度越大,鹽與水的總質(zhì)量就越大。
因此,如果不把鹽與水相容的條件說清楚,整個(gè)鹽與水組成的體系很有可能無法遵守兩斤的恒定。
這也是物理的神奇,不同條件下,事情會(huì)超過人們的認(rèn)知。
就像量子物理學(xué)家、哥本哈根學(xué)派奠基人玻爾所說,如果一個(gè)人聽完量子物理不生氣,那說明沒聽懂,因?yàn)槲锢碛械臅r(shí)候就是顛覆人類經(jīng)驗(yàn)的。
玻爾和愛因斯坦
不可思議的物理世界
鹽溶于水是物理變化,不會(huì)誕生新的物質(zhì),遵守質(zhì)量守恒定律,這是宏觀物理告訴我們的。
但是換一個(gè)體系,這些統(tǒng)統(tǒng)都不成立,比如鹽水毀滅世界、鹽水質(zhì)量超越地球。
人類最初對(duì)物理的認(rèn)識(shí)來源于生活中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),這其中很有可能出現(xiàn)一定的誤差。
比如人們會(huì)認(rèn)為一個(gè)物體只存在一種狀態(tài),不可能呈現(xiàn)兩種狀態(tài),它是什么就是什么。
常溫下的鹽和水
然而量子物理學(xué)家告訴人們,之所以人們認(rèn)為一個(gè)事物只有一種情況,是因?yàn)?strong>人們的眼睛已經(jīng)看到了,看到了所以就可以確定狀態(tài)。
如果將一只貓放入密閉空間,里面準(zhǔn)備一瓶毒藥,再放入放射性元素。
放射性元素有概率發(fā)生衰變,產(chǎn)生的輻射打碎毒藥,將貓毒死;也有可能放射性元素相安無事,所以貓也沒有任何危險(xiǎn)。
在沒有打開密閉空間的情況下,貓既是活的也是死的,就出現(xiàn)了“半死不活”的狀態(tài)。
薛定諤的貓
這就是量子物理中著名的薛定諤的貓,直到現(xiàn)在,人們還在為了這只“生死不明”的貓爭(zhēng)論。
就像量子物理已經(jīng)誕生了100多年,卻依然有很多人認(rèn)為它不是物理問題,而是哲學(xué)。
這也折射出了宏觀條件對(duì)量子物理的局限,或許很多量子物理的問題是沒辦法在宏觀環(huán)境下解決的。
或許關(guān)于量子物理的爭(zhēng)論會(huì)在未來的某一天得到解決,就像禁錮了物理世界2000余年的舊理論,被后世的物理學(xué)家們一一打破。
量子物理代表人物
物理的歷史
今天的物理研究包括四個(gè)研究領(lǐng)域:凝聚態(tài)物理,也就是我們常說的宏觀物理,經(jīng)典物理;原子、分子和光學(xué)物理,介于宏觀與量子之間;高能/粒子物理,也就是所謂的粒子碰撞、核聚變與裂變等;天體物理,也就是天文學(xué)。
這其中,宏觀物理脫胎于哲學(xué),天文物理脫胎于占星術(shù),微觀物理是近代才興起的,可見物理大廈也不是一朝一夕就建好的,它足足跨越了2000多年,期間走過很多岔路。
物理公式們
比如亞里士多德認(rèn)為,物體運(yùn)動(dòng)是因?yàn)?strong>提供了力,沒有力的物體就不會(huì)運(yùn)動(dòng)。
但是牛頓用第一定律否定了亞里士多德的說法,在牛頓的理論中,如果一個(gè)物體沒有受力,它會(huì)靜止或者做勻速直線運(yùn)動(dòng)。
比如慣性,如果我們?cè)谝粋€(gè)沒有阻力的情況下,撤掉了外力,那么物體會(huì)沿著之前運(yùn)動(dòng)的軌跡做勻速直線運(yùn)動(dòng)。
亞里士多德這么認(rèn)為,是因?yàn)?strong>真實(shí)的情況下是有阻力的,所以物體最后都會(huì)停下來。
亞里士多德
亞里士多德還認(rèn)為地球是宇宙的中心,這一條理論被奉為圭臬,禁錮了當(dāng)時(shí)天文物理的發(fā)展。
伽利略因?yàn)橹С?span id="vvjhvh3" class="candidate-entity-word" data-gid="8030588">日心說,70多歲的時(shí)候還被抓去坐牢,最后在軟禁中走完了自己生命。
當(dāng)然這不是伽利略第一次反對(duì)亞里士多德的學(xué)說,他還認(rèn)為自由落體與物體的質(zhì)量沒有關(guān)系,這與亞里士多德所說的質(zhì)量大的物體下落速度更快相悖。
近代物理奠基人伽利略
和慣性原理一樣,亞里士多德這么說,是因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中有空氣阻力,物體下落的速度與質(zhì)量、形狀有關(guān)。
伽利略所說的自由落體是忽略空氣阻力的,因此下落速度與質(zhì)量沒有關(guān)系。
如果是2000多年前,人們可能會(huì)為了驗(yàn)證一斤鹽溶于一斤水有多重,使用工具稱重,最后得出它們的總質(zhì)量是兩斤,但是鹽水沒有兩斤的結(jié)論。
實(shí)驗(yàn)室測(cè)量質(zhì)量的天平
但是他們無論如何也無法得出,鹽水的質(zhì)量可能會(huì)無窮大,因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候的他們不知道質(zhì)量與能量還有關(guān)系。