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炸药爆炸时,质量会发生变化吗?爆炸前后炸药的质量守恒吗?

更新时间:2019-08-13 17:59:18 来源:网络整理 点击数:104

 这其实是一个很有趣的问题。实际上,无论什么反应,反应前后的质量是守恒,能量也是守恒,因为质量守恒,能量也守恒,所以,质能也一定守恒,这里要注意一下,并不是因为质能可以转化才质能守恒,而是因为质能等价才实现的质能守恒。这有什么区别呢?我们其实可以从一般的反应说起。

反应前后

我们一般会把质能方程,也就是爱因斯坦的那个著名的公式E=mc^2用到核物理当中,尤其是氢弹或者原子弹爆炸。然后,就有人会这么科普,反应前后质量发生了亏损,质量转化为能量。这样的解释是正确的么?答案是,不对!

  

为什么呢?其实也很简单,对于质量的理解不太对。我们试想一下,所谓的“质量亏损”,指的是什么?其实是反应完了之后的生成物比反应之前减少了。但是,我们常常忽略一点,那就是反应物当中其实也包括能量,也就是那些冲击波和蘑菇云,以及大量的热。

如果,我们有个封闭的系统,这个系统不会和外界产生任何的能量交换,换句话说,就是光和热都不会散去。然后,我们在这个封闭的系统当中引爆一颗氢弹。那它的前后质量会不会发生改变呢?答案是不会!

  

这回明白了么?实际上,氢弹爆炸散去的能量也有质量,只是因为它们因光和热的形式离开了,所以,我们没有测量到,于是就有人认为是所谓的“质量转化为能量”。实际上,这是误解了爱因斯坦的意思。1905年,在爱因斯坦发布的那篇论文当中,就成这样描述:

若一个物体以辐射形式发射能量L,它的质量减少L/c^2。

所以,爱因斯坦的意思是,质量里有能量,能量里有质量,质量和能量是一回事,而不是转化关系,这也是为什么这个理论也叫做质能等价的原因。

 

所以,从这里,我们要搞清楚一点,任何反应的前后,质量都是守恒的,能量都是守恒的,所以质能才是守恒的。所以,炸弹爆炸时,也是符合质量守恒的。只是那些光和热你测不到而已,但并不是说它们不具有质量。

质能等价

能量里有质量的例子其实非常非常多,甚至,我们自身都能体现这个特点。一个人的质量是从哪里来的呢?实际上,我们可以拆解这个问题,我们都是由原子构成的,因此我们的质量其实可以看成是构成的原子的质量的总和以及原子之间化学键所产生的能量对应的质量。发现没有?这个时候,就已经出现了“能量里有质量的形式”。

不过,实际上,原子也还是可以继续拆分下去,原子是由原子核和电子构成的。而原子核又是由质子和中子构成。再进一步,质子和中子其实是由夸克构成的。

  

那我们的质量应该如何去算呢?实际上,如果满打满算,大概是这样的,化学键,不可再分的基本粒子(电子,夸克)的质量,束缚夸克在质子和中子内的胶子所提供的强相互作用的能量对应的质量,这里又出现了“能量里有质量”。下图中,u和d其实就是夸克,而连接它们之间的就是胶子,由于胶子提供的强相互作用,才使得夸克可以形成质子和中子。

  

而基本粒子的质量,其实依靠的是场。也就是说,根据粒子物理标准模型,宇宙空间中布满了希格斯场,夸克、电子会和希格斯场作用然后被减速获得质量。

  

那最后,一个人的质量到底是咋构成的呢,这么说吧,化学键+粒子的质量≤1%,而剩余99%的能量来自于强相互作用的能量对应的质量。

所以,你站在秤上看到的示数,你以为是实实在在的物质的静止质量,实际上,如果细细分解,就会发现大部分的质量是大多人人以为的“能量”里所对应的质量。

而在近代物理学当中,科学家在使用粒子加速器进行实验时,其实会有个前提假设的,就是基于狭义相对论质能等价这部分的内容与量子力学进行结合,提出量子场论。然后,对于粒子参量的描述,基本上都是xxxMeV,这里的MeV其实就是能量单位,他们是经过质能等价E=mc^2,把质量也一同换算成了能量来做实验的,所以同时,科学家也用MeV/c^2来表示质量。

  

因此,爱因斯坦其实统一了能量和质量,揭示了它们是同一个东西

 

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