品质守恒

关于“一斤盐放进一斤水，最终的品质是多少”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，那么最终的品质是不会变的。而原因也很简单，那就是品质守恒定律。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品质的变化。

• 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（食盐的主要成分），那么一斤水能溶解180克盐（1斤=500克），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。

• 品质和能量

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*弹核**原理的误解。质能方程是1905年由爱因斯坦提出来，而*弹核**原理则要等到1938年才由几位科学家发表出来，*弹核**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“品质转化为能量”。这误解了爱因斯坦的本意，他想表述的其实是品质和能量其实是一回事，是一个物质的两个面，品质里有能量，能量里有品质。（如果你对这一点有质疑，不妨翻一翻爱因斯坦当年发表的论文，或者找几本大学教材来看看就能很清楚地了解到这一点。）

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。这里人民币就好比品质，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。品质和能量的汇率就是c^2，所以才会有E=mc^2。

还拿上文中的*弹核**说事，*弹核**爆炸不是“品质转化为能量”，本质上是*弹核**爆炸损失了静止品质，这部分品质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，它其实也是有品质的。

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，那么品质就上升了。

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，根据品质等价关系，我们就很容易得到这么一个结果：

• 外界温度小于系统温度，那么品质就下降了。

因此，这里我们要深刻理解品质和能量的关系，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，所以体现在品质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“品质”和“能量”，让我们知道品质和能量其实是一回事。

实际上，对于品质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，那么根据品质守恒，品质不会发生改变；（溶解度问题并不会对系统前后品质造成影响。）
• 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，那么系统的品质会增加。
• 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，那么系统的品质会减小。