經典物理學確立的質量守恆定律,回答了在一個封閉系統中,無論是發生物理變化還是化學變化,其組成物質的微觀粒子並沒有發生變化,因此整個系統的質量並不會發生變化。同樣,對於一個封閉系統中物體的總能量來說,按照經典物理學確立的另一個守恆定律-能量守恆定律解釋,其能量的總和也不會發生變化。因此,如果按照經典物學來衡量上述問題,一斤鹽溶在一斤水中,總質量是兩斤無疑。
但是,隨著人類科學技術水平的提升,人們對客觀世界的認知程度也在斷深入,特別是愛因斯坦提出狹義相對論以後,將物體的存在狀態與自身的運動速度聯繫在了一起,其中物體的質量會隨著運動速度的變化而發生變化,這就是著名的質速方程。根據該方程,科學家們通過推算,依據動能定理和動量定理,得出物體所包含的能量與質量差異之間的關係,最終形成了質能方程,即EK=m*c^2-m0*c^2。
通過質能方程,我們進一步了解,物體所包含的能量,既包括在相應慣性參照系內物體所蘊含的分子運動動能、分子勢能、電磁能、結合能、化學能等等,同時也包含著物體處於相對運動狀態時的動能。質能方程從本質上將物體的質量和能量進行了統一,即物體的總能量既可以用質量來表達,也可以用能量來表達,質量和能量是一種相互對應的關係,物體質量的變化,實質上是靜止質量發生變化的結果。
愛因斯坦提出的質能方程,首先在核變物理過程中得到印證,並成為支撐整個物理大廈體系最重要的核心理論之一。原子之間發生聚變或者核變,在此過程中所釋放的能量,對應於原反應體系中靜止質量缺失的部分,反應前後系統內各種物質的質量、能量之和都是相等的,我們習慣於用能量來表達核變過程中所表達出來的結果,從某種意義上來說,輻射能的產生,來源於系統反應前靜止質量的「對應轉化」。
回到最初的問題上來,將一斤鹽溶入一斤水,由於鹽在水中的溶解度一定,因此鹽不可能完全溶化,但不論溶化多少,在鹽的溶解過程中,產生由鹽晶體破壞所吸收的能量、形成鹽溶液所釋放的能量兩個截然不同的能量變化過程,最終是吸熱和放熱,取決於上述兩種熱效應的絕對大小。通過相關研究監測數據顯示,鹽在整個溶解過程中,總的能量變化情況是釋放能量,其值約為每摩爾9.5KJ左右。
按照愛因斯坦質能方程,這積分釋放的能量,是由鹽在水中溶解反應過程中,由鹽和水的共同靜止質量能提供,那麼我們在理論框架下,監測該系統在溶解前後的靜止質量,就會發現溶解之後鹽水混合物的總質量,要小於反應前鹽和水獨立存在時的總質量,它們靜止質量的差值,「轉化」成熱量散發出去了。而在實際反應過程中,由於這部分的熱量值很小,所對應的靜止質量變化更是微乎其微,僅有10^(-13)克級別,因此即使用非常精密的儀器,也很難測算出來。