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核聚變是否違反了質量守恒定律?

基本的回答是兩點:壹,核聚變確實違反了質量守恒定律;二,但是科學界沒有人對此感到不安,因為大家都知道,質量守恒定律並不是個精確的定律,能量守恒定律才是精確的定律,由此必然導出質量不守恒的結果。

為了解釋清楚這些論述是什麽意思,我們首先要明白,目前認為精確的定律是什麽樣的,也就是說,我們在理論上的出發點是什麽。就關於質量和能量的問題而論,目前認為精確的理論是相對論,而牛頓力學是相對論在低速運動下的壹個近似。

我們必須強調壹下,相對論是精確的,牛頓力學是粗略的。如果妳願意的話,妳可以說牛頓力學是錯誤的,或者說牛頓力學已經被相對論推翻了。也許會有其他壹些人表示反對,說牛頓力學並沒有被推翻,仍然是壹個正確的理論。這兩種看似矛盾的說法,其實都不算錯。它們實際的意思是壹樣的,都是說:當速度遠遠低於光速時,實驗結果跟牛頓力學預測的結果在很高的精度內是壹致的;而當速度跟光速可以比較的時候,實驗結果就會跟牛頓力學的預測結果有顯著的偏差。

這裏的壹個關鍵思維模式是,在自然科學中,沒有絕對精確的理論。當我們說某個理論正確的時候,意思只是它的預測結果跟實驗結果在很高的精度內符合。但妳永遠不能肯定,如果精度進壹步提高下去,還會不會符合。

按照相對論,能量跟質量之間存在質能關系:E = mc^2,這裏的c是真空中的光速,約等於30萬公裏每秒。這是個內涵非常豐富的公式,基本的意思是,有壹定的能量,就必然對應壹定的質量,反之亦然。

好,讓我們看看這個公式對化學反應意味著什麽。考察壹個典型的化學反應,2 H2 + O2 = 2 H2O,氫氣和氧氣生成水。

液態水的摩爾生成焓是-285.8 kJ/mol,意思就是,在標準條件下(25攝氏度,1個大氣壓),從氫氣和氧氣單質生成1 mol液態水(即18克水)放出的能量是285.8 kJ。

這麽多能量對應的質量是多少呢?用國際單位制表示,光速c大約是3E8 m/s(3E8表示3乘以10的8次方),光速的平方c^2 = 9E16 m^2/s^2,待求的質量是285.8E3 / 9E16 kg = 31.8E-13 kg = 3.18E-9 g。

2克氫氣和16克氧氣生成18克水時,質量只減少了3.18乘以10的-9次方克!就比例而言,是1.76E-10,即100億分之1.76。

這麽小的質量變化,妳能察覺出來嗎?當然不能。甚至如果妳專門想要測量這個質量變化,我都不確定目前最先進的測量手段能不能做到。因此,在日常生活中,我們認為質量守恒定律是壹個很好的定律。

但是對於核聚變,牽涉的能量變化就大得多了,伴隨的質量變化也大得多。

壹個典型的例子是,把壹個氦原子核(由兩個質子和兩個中子組成,在自由狀態下,質子的質量只比中子低0.14%)跟四個氫原子核(只包含壹個質子)相比,質量小了0.8%。也就是說,如果把4個H聚合成壹個He,那麽質量會減小0.8%。這麽大的質量變化,當然就能測出來了!

事實上,正是因為核聚變的質量變化如此之大,所以放出的能量也非常驚人,能量密度比化學反應高壹億倍的量級,恒星才能持續地發光。

太陽

太陽與地球的距離遠達1.5億公裏,而地球的半徑只有6400公裏,這意味著從太陽發出的光,只有大約百億分之4照到了地球上。這麽少的比例,就養活了整個地球生態圈,想想看吧,這就是核聚變的威力!

核聚變遵循的是愛因斯坦質能方程,並沒有違反質量守恒定律。 在核聚變過程中,小質量的核會結合成為大質量的核,同時釋放能量。由於大質量的核結合更為緊密,所以它的質量會小於組成它的小質量核的質量之和。這個質量之差,就是 質量虧損 ,相當於釋放的能量。

質量守恒是早前在化學反應中經常提到,反應前後的物質量不變。但總體系的質量還是要小於各個組分質量之和,但壹般情況下,這個質量和能量的變化非常小,可以忽略不計。

但是到了原子核的層面,質量的些許變化,都會帶來巨大的能量。1905年,愛因斯坦像我們描繪了質量和能量之間的關系,那就是 質能方程 ,通過這個經典的公式,愛因斯坦把質量和能量關聯起來,也就是物質的能量等於質量乘上真空中光速的平方。

對於原子核的反應, 質量虧損 帶來的能量是巨大的,當結合能小的核變成結合能大的核,就會釋放能量。原子能,就是原子核 結合能 發生變化時釋放出來的能量。

人們依據輕核聚變的原理就研制出了氫彈。而在宇宙中,所有的恒星內部也時刻發生聚變,例如太陽,其內部每秒相當於爆炸900億個氫彈。

歡迎評論,關註量子實驗室。

用道德經的引力理論,恒星核聚變沒有失去質量,恒星在不斷的吸收周圍的空間,質量繼續在增加,高質量高速自轉高公轉速度,使恒星發光發熱。氫彈的爆炸只是讓聚變材料中多余的中子快速衰變,釋放出來空間,產生斥力現象。

萬有引力的本質不是時空扭曲而是空間縮收,是帶質量物體吞噬周圍的空間,造成空間運動空間收縮,形成空間的漩渦。在空間的漩渦中,空間在向物體的中心方向運動,想離開帶質量物體周圍空間漩渦中,必須能克服空間向物體的中心方向運動。

引力波的發現證明愛因斯坦的時空扭曲是錯誤的,廣義相對論預言了引力波的存在,但以時空扭曲理論去測試引力波是測試不到的,近年來改用空間縮收理論,才測試到引力波。而空間縮收產生萬有引力現象的理論,是道德經的引力理論。

道德經的萬有引力理論:“萬物負陰而抱陽,沖氣以為和”。萬物釋放空間的“陰”圍繞著吸收空間的“陽”而運動,物質之間的空間空虛產生萬有引力現象。

溫度低的物體由於需要吸收周圍的空的能量,空間向低溫物體中心縮收,產生冷凝現象。

帶質量物體由於需要吸收周圍的空間進行黑體輻射,周圍的空間向帶質量中心縮收,產生萬有引力現象。

太極陰陽轉化不是簡單的溫度高低,太極雙魚,壹魚吸收空間的物體為陽,釋放空間的物質為陰,另壹邊才是溫度高的為陽,溫度低的為陰。

在星系中公轉線越快的天體,釋放的黑體輻射越多,產生的萬有引力G越大;天體的自轉速度越快,產生的萬有引力G越大。

答:核反應過程中,質量是不守恒的,此時遵循的是“質能守恒”。

質量守恒適用於化學反應,還有實際當中絕大多數過程;實際上,質量守恒是壹個近似守恒量,在相對論體系,還有核物理當中,質量是不守恒的。

愛因斯坦提出狹義相對論後,得到質能方程,統壹了質量和能量;質能方程描述質量和能量是可以相互轉化的,兩者是同壹東西的不同表象而已。

同時,質能方程也暗示著,微小的質量可以釋放非常大的能量;比如廣島原子彈,核裂變虧損質量不到壹克。

繼續來看:

(1)壹個自由質子的相對原子質量為1.007;

(2)壹個自由中子的相對原子質量為1.0084;

(3)由“兩個質子+兩個中子”結合而成的氦-4原子,相對質量為4.0026;

而:

4.0026