為何一斤鹽溶於一斤水，難以得到兩斤總重？愛因斯坦：質量即能量

一斤鹽放入一斤水中，最後結果是不是兩斤？答案很有可能不是兩斤，如此簡單的問題，藏有什麼玄機呢？當你深究它會發現宇宙最底層的奧秘。

想要得到兩斤並不容易

在高中化學與物理教材中，總會出現這樣的字眼「恆溫」，「絕熱條件下」，「密閉容器中」，如果兩種物質混合，無論是化學反應，還是物理反應，想要達到質量守恆，絕熱（恆溫）與密閉兩個條件缺一不可，絕熱意味著沒有能量損耗，密閉意味著沒有氣體溢出，或者與外界物質發生反應。

一斤鹽放入一斤水中，想要得到準確的兩斤，同樣需要以上苛刻的條件。首先，我們可以讓室溫保持不變，例如恆定為20℃。水與鹽的溫度也保持在20℃。第二，要說清楚是什麼鹽，如果食用鹽（有些鹽溶於水會吸熱或放熱）就沒問題。第三，在密閉的容器中進行實驗。即使是這樣還要加上一條，空氣品質需要忽略不計。如果不滿足這些情況，即使是一斤水倒入一斤水中，你也得不到兩斤水。

一斤水加一斤水等於兩斤水嗎？

講這個問題之前，先說一下這裡的「斤」指代的是物質的質量，並非重量。我們對比一下兩個等式：

（1）1斤水+1斤水=2斤水

（2）1斤水+1斤水=n斤水+△E（△E代表能量的變化）

其中（1）在絕熱、密閉的狀態下，得到兩斤水。（2）為非絕熱狀態下，例如：兩個密閉容器中的80℃水混合後，放置一段時間會變涼，因為與環境存在溫度差，混合後的水會丟失部分能量。愛因斯坦說丟失了能量，意味著丟失了質量，因此水混合後等於兩斤。

1905年，愛因斯坦發表了《論動體的電動力學》（狹義相對論）提出了質增效應：物體速度越快，相對質量越大。

在分子層面，分子運動越劇烈，意味著平均動能越高，相對質量越大，表現為溫度越高。

基於質增效應，愛因斯坦對質量與能量的關係進一步升級，推導出質能方程。換句話說：質量、能量本質是一樣的，它倆的比值，E/m=c^2，c是光速為定值。

狹義相對論只基於的兩條公理：光速不變與慣性坐標系等價，並不局限於某一尺度。

一般來說，在宏觀低速的情況下，牛頓力學完全夠用，因為誤差很小。但不可否認，狹義相對論更加準確，哪怕準確到小數點16位開外。

除此之外，狹義相對論也適用於微觀與高速狀態。總之狹義相對論可以計算飛船在太空遨遊（雙生子效應），也可以計算微觀粒子間的相互作用（原子彈爆炸），具有普適性。

質量本質是什麼？為什麼質量就成了能量？

想要理解質量即能量，需要深入到量子力學領域，從物質的本質還原質量的真相。

簡單來說，一切物質都由比原子、原子核更小的粒子構成，物理上把這種「切」到最後，再也無法分割的粒子稱之為基礎粒子。例如出電子，光子、夸克、膠子等等。這些微觀粒子的行為，牛頓力學（經典物理）已經解釋不了了，需要用一套全新的理論來解釋也就是量子力學。

基礎粒子本身都是零維的粒子，一個點，意味著它們沒有體積，更談不上質量。當它們發生運動就具備了（動）質量，例如光子。（關於量子核心波粒二象性，這裡不贅述了，暫且把基礎粒子都視為點粒子。）

圖：宇宙中四大基本相互作用

相對靜止的物質具有質量是源於粒子間的相互作用，例如：帶電粒子（複合粒子）間的同性排斥異性相吸所代表的電磁力，還有強力，弱力，引力。粒子間相互作用越強，受到約束越大，意味勢能越大，外在表現形式就是質量越大。

舉個例子：有些粒子就像是明星，當它們通過廣場時，大家紛紛圍上去，明星受到很多人的束縛，質量較大。而你從廣場上走過去，沒人理你，因此你像一道光一樣通過，不具備任何靜態質量，這就是光子沒有靜態質量，還跑得很快的原因。

因此，相互作用的能量表現為質量。從相互作用的角度解釋，當水溫度升高，分子運動越劇烈，分子間斥力（電磁力）越大，因此質量越大。

綜上所述：鹽溶於水的過程，大概率不等於兩斤。實驗過程只要出一點差錯，比如鹽剛從超市買回來，外面的溫度比室溫低0.01度，或者實驗過程，室溫變化了0.01度，那麼實驗前後質量必然不相等，因為發生了能量變化。當然，從微小的誤差可以忽略不計的角度來說，質量守恆，如果精確到能量的損耗，則質能守恆。