在日常生活中，將鹽放入水中溶解，是再平常不過的事。我們往往不會去細(xì)究鹽溶解后，鹽水整體的重量究竟是等于 2 斤，還是大于或小于 2 斤。

畢竟，這問題乍一看太過簡單，似乎不值得深入思考。

然而，當(dāng)我們對物理學(xué)有了更深入的了解后，就會發(fā)現(xiàn)，這個看似簡單的問題，實則蘊含著深刻的宇宙奧秘。

先暫且不論一斤水能否溶解一斤鹽。

按照常識，或者說在 20 世紀(jì)之前人類的認(rèn)知里，1 斤水加上 1 斤鹽，就是簡單的 1 + 1，結(jié)果自然是 2 斤。

因為鹽溶于水，僅僅是普通的化學(xué)溶解反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)物的原子種類和原子量都未發(fā)生任何改變。因此，我們理所當(dāng)然地認(rèn)為，1 斤鹽放入 1 斤水中，總質(zhì)量就是 2 斤。在初中和高中的知識體系里，這無疑是正確的，其理論依據(jù)便是物質(zhì)守恒定理，也稱作質(zhì)量守恒定律。

質(zhì)量守恒定律表明，物質(zhì)在發(fā)生任何物理變化，如捶打變形、加熱、冷卻，以及化學(xué)反應(yīng)，如氧化、還原之后，生成物質(zhì)的總量，始終等于參與反應(yīng)的物質(zhì)總量。

憑借這個定律，我們能夠?qū)瘜W(xué)反應(yīng)式進(jìn)行兩邊配平。想必大家對配平化學(xué)方程式都不陌生，這是每個學(xué)習(xí)化學(xué)的人都必須掌握的基本技能，更是學(xué)好化學(xué)的關(guān)鍵所在。

以鹽酸和氧化鐵的反應(yīng)為例：6HCl + Fe?O? = 2FeCl? + 3H?O。在這個反應(yīng)中，雖然物質(zhì)的形態(tài)徹底改變，生成了氯化鐵和水，但反應(yīng)前后原子的種類和數(shù)量并未發(fā)生變化，這便是質(zhì)量守恒定律的生動體現(xiàn)。

倘若我們的認(rèn)知僅停留在高中知識層面，那么 “1 斤鹽加 1 斤水質(zhì)量如何變化” 這一問題，似乎就能輕松得到答案：無論發(fā)生何種化學(xué)變化，質(zhì)量都不會改變。

事實上，在 20 世紀(jì)之前，質(zhì)量守恒定律一直被科學(xué)界奉為鐵律。

然而，當(dāng)時間來到 20 世紀(jì)，人類進(jìn)入大學(xué)知識階段，接觸到原子核與相對論后，事情變得復(fù)雜起來。20 世紀(jì)初，人類發(fā)現(xiàn)了重元素的衰變現(xiàn)象，這是一種原子核層面的反應(yīng)。如今我們知道，任何比鉛重的元素，其原子核都是不穩(wěn)定的。

經(jīng)過一定時間后，這些元素會衰變?yōu)楦p的元素。若衰變后的元素依然不穩(wěn)定，便會繼續(xù)衰變，直至形成穩(wěn)定的鉛元素。

在研究元素衰變的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了一個難以解釋的奇怪現(xiàn)象：放射性元素在經(jīng)歷 α 衰變或 β 衰變后，生成物質(zhì)的質(zhì)量總是略微小于衰變前的質(zhì)量。

這顯然與人類數(shù)百年來堅信的質(zhì)量守恒定律相悖，一時間，這個現(xiàn)象成為了物理學(xué)界的一大謎題。新現(xiàn)象無法得到解釋，這表明我們對物理學(xué)真理的理解存在偏差，同時也說明，一直被視為鐵律的質(zhì)量守恒定律并不完善。

1905 年，愛因斯坦提出狹義相對論，通過簡潔的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得出了著名的質(zhì)能方程式：E = mc2。

這個方程雖然簡潔，卻揭示了一個深刻的道理：質(zhì)量只是能量的一種表現(xiàn)形式。在宇宙中，比質(zhì)量更為基本的是能量，比質(zhì)量守恒定律更具普遍性的是能量守恒定律。

也就是說，一個物質(zhì)所包含的能量，既包括自身的靜止質(zhì)量，也包括其具有的動能。而靜止質(zhì)量又由組成物質(zhì)的粒子質(zhì)量，以及粒子之間的結(jié)合能構(gòu)成。

放射性元素衰變后出現(xiàn)質(zhì)量損失，正是因為一部分原子核的結(jié)合能以熱量的形式耗散掉了。

由于能量和質(zhì)量等價，所以反應(yīng)后物質(zhì)的質(zhì)量會出現(xiàn)輕微損失。在化學(xué)反應(yīng)過程中，粒子的種類和數(shù)量雖然沒有改變，但化學(xué)反應(yīng)同樣會放熱或吸熱。放出的熱量來源于分子或原子之間化學(xué)鍵儲存的能量，而吸收的熱量則會被儲存于化學(xué)鍵中。

由于化學(xué)反應(yīng)釋放或吸收的能量極其微小，對反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量的影響微乎其微，難以察覺，這也是人類在 20 世紀(jì)之前，一直認(rèn)為物質(zhì)質(zhì)量守恒的原因。但核反應(yīng)截然不同，核反應(yīng)損失的能量較大，相應(yīng)的質(zhì)量變化也較為明顯。

因此，直到 20 世紀(jì)初，人們才發(fā)現(xiàn)核反應(yīng)前后質(zhì)量并不守恒，真正守恒的是能量。

掌握了上述知識，我們再來探討開篇的問題：1 斤鹽和 1 斤水放在一起，質(zhì)量發(fā)生變化了嗎？

這需要分兩種情況進(jìn)行分析。

如果實驗是在開放系統(tǒng)中進(jìn)行，系統(tǒng)能夠與外界進(jìn)行熱量交換，那么鹽在溶于水的過程中，會因化學(xué)鍵的斷裂而輕微釋放能量。若這部分能量以熱量的形式耗散到外界，那么反應(yīng)后產(chǎn)物的總質(zhì)量將會減小，只是這種變化很難被察覺。

反之，如果實驗是在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行，系統(tǒng)不會與外界發(fā)生任何熱量交換，根據(jù)能量守恒定律，對這個封閉系統(tǒng)進(jìn)行測量，反應(yīng)前后系統(tǒng)的質(zhì)量不會發(fā)生任何改變。

由此可見，1 斤鹽溶于 1 斤水時，質(zhì)量變化極為微小，幾乎可以忽略不計。

因此，你既可以認(rèn)為反應(yīng)后產(chǎn)物的質(zhì)量為 2 斤，也可以認(rèn)為其質(zhì)量略小于 2 斤，這兩種觀點都無可厚非。

但更為重要的是，我們要明白鹽在溶于水的過程中究竟發(fā)生了什么，理解其中蘊含的科學(xué)道理。

看到了吧，一個看似微不足道的生活實驗，卻蘊含著宇宙中最為根本的真理與鐵律。它們看似簡單，人類卻耗費了漫長的時間才得以發(fā)現(xiàn)。

其一是質(zhì)量是能量的一種表現(xiàn)形式，這揭示了能量才是宇宙萬物的基石，能量創(chuàng)造了世間萬物；其二是能量守恒定律，自宇宙誕生伊始，其所蘊含的能量，直至宇宙終結(jié)，都不會消失，只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。