核聚变是否违反了质量守恒定律?
基本的回答是两点:一,核聚变确实违反了质量守恒定律;二,但是科学界没有人对此感到不安,因为大家都知道,质量守恒定律并不是个精确的定律,能量守恒定律才是精确的定律,由此必然导出质量不守恒的结果。
为了解释清楚这些论述是什么意思,我们首先要明白,目前认为精确的定律是什么样的,也就是说,我们在理论上的出发点是什么。就关于质量和能量的问题而论,目前认为精确的理论是相对论,而牛顿力学是相对论在低速运动下的一个近似。
我们必须强调一下,相对论是精确的,牛顿力学是粗略的。如果你愿意的话,你可以说牛顿力学是错误的,或者说牛顿力学已经被相对论推翻了。也许会有其他一些人表示反对,说牛顿力学并没有被推翻,仍然是一个正确的理论。这两种看似矛盾的说法,其实都不算错。它们实际的意思是一样的,都是说:当速度远远低于光速时,实验结果跟牛顿力学预测的结果在很高的精度内是一致的;而当速度跟光速可以比较的时候,实验结果就会跟牛顿力学的预测结果有显著的偏差。
这里的一个关键思维模式是,在自然科学中,没有绝对精确的理论。当我们说某个理论正确的时候,意思只是它的预测结果跟实验结果在很高的精度内符合。但你永远不能肯定,如果精度进一步提高下去,还会不会符合。
按照相对论,能量跟质量之间存在质能关系:E = mc^2,这里的c是真空中的光速,约等于30万公里每秒。这是个内涵非常丰富的公式,基本的意思是,有一定的能量,就必然对应一定的质量,反之亦然。
好,让我们看看这个公式对化学反应意味着什么。考察一个典型的化学反应,2 H2 + O2 = 2 H2O,氢气和氧气生成水。
液态水的摩尔生成焓是-285.8 kJ/mol,意思就是,在标准条件下(25摄氏度,1个大气压),从氢气和氧气单质生成1 mol液态水(即18克水)放出的能量是285.8 kJ。
这么多能量对应的质量是多少呢?用国际单位制表示,光速c大约是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,待求的质量是285.8E3 / 9E16 kg = 31.8E-13 kg = 3.18E-9 g。
2克氢气和16克氧气生成18克水时,质量只减少了3.18乘以10的-9次方克!就比例而言,是1.76E-10,即100亿分之1.76。
这么小的质量变化,你能察觉出来吗?当然不能。甚至如果你专门想要测量这个质量变化,我都不确定目前最先进的测量手段能不能做到。因此,在日常生活中,我们认为质量守恒定律是一个很好的定律。
但是对于核聚变,牵涉的能量变化就大得多了,伴随的质量变化也大得多。
一个典型的例子是,把一个氦原子核(由两个质子和两个中子组成,在自由状态下,质子的质量只比中子低0.14%)跟四个氢原子核(只包含一个质子)相比,质量小了0.8%。也就是说,如果把4个H聚合成一个He,那么质量会减小0.8%。这么大的质量变化,当然就能测出来了!
事实上,正是因为核聚变的质量变化如此之大,所以放出的能量也非常惊人,能量密度比化学反应高一亿倍的量级,恒星才能持续地发光。
太阳
太阳与地球的距离远达1.5亿公里,而地球的半径只有6400公里,这意味着从太阳发出的光,只有大约百亿分之4照到了地球上。这么少的比例,就养活了整个地球生态圈,想想看吧,这就是核聚变的威力!
核聚变遵循的是爱因斯坦质能方程,并没有违反质量守恒定律。 在核聚变过程中,小质量的核会结合成为大质量的核,同时释放能量。由于大质量的核结合更为紧密,所以它的质量会小于组成它的小质量核的质量之和。这个质量之差,就是 质量亏损 ,相当于释放的能量。
质量守恒是早前在化学反应中经常提到,反应前后的物质量不变。但总体系的质量还是要小于各个组分质量之和,但一般情况下,这个质量和能量的变化非常小,可以忽略不计。
但是到了原子核的层面,质量的些许变化,都会带来巨大的能量。1905年,爱因斯坦像我们描绘了质量和能量之间的关系,那就是 质能方程 ,通过这个经典的公式,爱因斯坦把质量和能量关联起来,也就是物质的能量等于质量乘上真空中光速的平方。
对于原子核的反应, 质量亏损 带来的能量是巨大的,当结合能小的核变成结合能大的核,就会释放能量。原子能,就是原子核 结合能 发生变化时释放出来的能量。
人们依据轻核聚变的原理就研制出了氢弹。而在宇宙中,所有的恒星内部也时刻发生聚变,例如太阳,其内部每秒相当于爆炸900亿个氢弹。
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用道德经的引力理论,恒星核聚变没有失去质量,恒星在不断的吸收周围的空间,质量继续在增加,高质量高速自转高公转速度,使恒星发光发热。氢弹的爆炸只是让聚变材料中多余的中子快速衰变,释放出来空间,产生斥力现象。
万有引力的本质不是时空扭曲而是空间缩收,是带质量物体吞噬周围的空间,造成空间运动空间收缩,形成空间的漩涡。在空间的漩涡中,空间在向物体的中心方向运动,想离开带质量物体周围空间漩涡中,必须能克服空间向物体的中心方向运动。
引力波的发现证明爱因斯坦的时空扭曲是错误的,广义相对论预言了引力波的存在,但以时空扭曲理论去测试引力波是测试不到的,近年来改用空间缩收理论,才测试到引力波。而空间缩收产生万有引力现象的理论,是道德经的引力理论。
道德经的万有引力理论:“万物负阴而抱阳,冲气以为和”。万物释放空间的“阴”围绕着吸收空间的“阳”而运动,物质之间的空间空虚产生万有引力现象。
温度低的物体由于需要吸收周围的空的能量,空间向低温物体中心缩收,产生冷凝现象。
带质量物体由于需要吸收周围的空间进行黑体辐射,周围的空间向带质量中心缩收,产生万有引力现象。
太极阴阳转化不是简单的温度高低,太极双鱼,一鱼吸收空间的物体为阳,释放空间的物质为阴,另一边才是温度高的为阳,温度低的为阴。
在星系中公转线越快的天体,释放的黑体辐射越多,产生的万有引力G越大;天体的自转速度越快,产生的万有引力G越大。
答:核反应过程中,质量是不守恒的,此时遵循的是“质能守恒”。
质量守恒适用于化学反应,还有实际当中绝大多数过程;实际上,质量守恒是一个近似守恒量,在相对论体系,还有核物理当中,质量是不守恒的。
爱因斯坦提出狭义相对论后,得到质能方程,统一了质量和能量;质能方程描述质量和能量是可以相互转化的,两者是同一东西的不同表象而已。
同时,质能方程也暗示着,微小的质量可以释放非常大的能量;比如广岛原子弹,核裂变亏损质量不到一克。
继续来看:
(1)一个自由质子的相对原子质量为1.007;
(2)一个自由中子的相对原子质量为1.0084;
(3)由“两个质子+两个中子”结合而成的氦-4原子,相对质量为4.0026;
而:
4.0026