兩個氫原子的質量是絕對相等的嗎?如何理解?

2021-01-07 艾伯史密斯

嚴格地說,核子數與核外電子數相同的氫原子的靜止質量是相等的!

我們比較兩個氫原子的質量,核子數與核外電子數當然要在相同的情況下比較才有意義,對於這樣的兩個原子,其靜止質量是相等的。

其中的關鍵詞是「靜止質量」,相對論指出,物質運動後具有相對論質量,質量和能量是同一事物的兩面;於是,在不同狀態下的同一個原子,其相對論質量也是不同的。

原子在絕對零度時,在相對靜止的參考系中的質量,既是原子的靜止質量;這時候原子結構一樣的氫原子,其質量都是一樣的,即全同粒子具有不可分辨性。

(1)可是原子一旦具有熱運動的屬性時,就攜帶了能量,其自身的質量也會隨之變化,質量和溫度有關;

(2)原子在不同的分子中,擁有的化學鍵存在差異,而不同化學鍵中儲存的能量也不一樣,於是不同化合物中的同一原子,就算核子數和核外電子數相等時,該原子擁有的質量也是存在差異的。

但是以上相對論質量的變化量,相對論原子整體來說是非常微小的,一般情況下都不考慮這點。

比如我們在定義相對原子質量時,是以孤立碳-12原子的靜止質量為標準,而碳-12原子,在不同的單質中,甚至在不同溫度下的質量都是有區別的,如下表:

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