有人說,化學質量守恆定律只能說拉伸彈簧“大約”守恆,因為有能量變化,所以一定有質量的增加會虧損。那麼壓縮彈簧後,彈簧的勢能增加(或者我舉起一杯水),難道質量也會增大嗎?

  從化學反應跟核反應一樣有質量變化,領悟到壓縮彈簧(或者舉起一杯水,或者諸如此類任何的有能量改變的過程)同樣也有質量變化。

  對於還感到疑惑的朋友,再稍微多解釋一點。

  典型的反對意見是像這樣:“化學反應的本質是原子的重新組合,原子類型不會改變,總數量不會改變。而核反應本質是中子的消失,表現為原子類型變為其另一同位素,和能量的出現,這是有本質區別的。”

  化學反應的本質確實是原子的重新組合,原子的類型和數量不變,這些都很正確。更具體而言,質子、中子和電子的數量都不變。但是,這些粒子的數量不變,總的質量就不變了嗎?

  錯了!

  這種想法的根本問題在於,認為每一種粒子都有個不變的質量,比如說這個原子中的一個電子和那個原子中的一個電子具有相同的質量。但實際情況是,每一種粒子都有個不變的“靜質量”,即它單獨存在、速度為零時的質量。當它和其他粒子作用時,如果能量有改變,質量就有相應的改變。這正是相對論質能關系E = m c^2決定的,否則你覺得質能關系說的是什麼?

  說得再明確一點,單獨存在的質子(即氫原子核)的質量,不等於氦原子核中質子的質量。氫原子中電子的質量,不等於氦原子中電子的質量。當然,由於光速很大,這些質量差別很小,但在原理上都是存在的。

  任何的改變能量的過程,無論是核反應還是化學反應,還是壓縮彈簧、舉起一杯水,都會導致質量的改變。只不過對於大多數過程,質量改變太小,人們不壓縮彈簧去關注它們;對於核反應,質量改變非常顯著,不可能忽略。這是量的區別,不是質的區別。

  很明顯,壓縮後的彈簧質量是不會變重的!因為這裡面不涉及到能量與質量之間的轉換。先說明我的觀點,然後再給各位一個驗證的方法;想要明白為什麼不會變重,就要知道彈簧的工作原理:

  1:當你用手去拉伸或者壓縮彈簧時,組成彈簧的金屬原子之間就會錯位,此時彈簧就會對外表現出彈性勢能,也就是彈力。當你松手後,裡面的原子恢復到原來的位置,彈簧恢復到原長。

  2:也就是說彈簧本身只是一種存儲能量的裝置,不涉及到新物質的產生;所以就不能用愛因斯坦的質能方程來分析,因為要使用這個公式,對像必須是原子級別的;且必須有新物質的產生,就像鈾235裂變一樣。這樣質能方程的兩邊才相等。而彈簧是利用原子之間的勢能來工作的,並沒有新物質的產生,只是把能量(彈性勢能)暫時存儲起來;如果長時間壓縮彈簧,那麼再釋放後彈簧就會失去彈性,也就是原子之間錯位了不能恢復。

  3:口說無憑,現在我就給你一種方法驗證;拿一個能正常工作的彈簧,在彈性限度內將彈簧壓縮一段距離,然後用繩子把彈簧捆住,不讓彈簧復原,先稱出繩子的重量,然後稱出處於自然長度的彈簧的重量;把捆好後的彈簧再放到秤上稱,計算之後比較有勢能的彈簧重量和沒有勢能的彈簧重量,是不是一樣重。所以我認為原子之間位置的改變,也就是壓縮彈簧是不會影響彈簧的重量的。
 

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