两个杯子,一个装热水,一个装冷水,质量一样吗?这似乎是一个极其无聊的问题,其无聊程度类似于“一斤盐与一斤水混合是否能得到两斤盐水”。

任何物体,无论是刚性的还是柔软的,固体的还是气体的,有生命的还是无生命的,它们都是由同一种物质构成的,即基本粒子。

我们常说的分子和原子,这些微观物质其实比基本粒子要大很多,而它们和基本粒子最大的区别不是大小或尺寸,而是质量。分子有质量,原子也有质量,但基本粒子没有质量。

基本粒子间的相互作用是质量的来源。粒子之间的相互作用越强,约束越大,物质的质量就越大。

于是,质量的本质逐渐浮出水面,而质量其实就是能量的一种形式。回到问题,水的温度是一种能量。很显然,热水冷水具有更多的能量,所以理论上一杯热水的质量要比一杯冷水的质量高,但是为什么当我们称重的时候,却表明两者的质量是一样的呢?这是因为我们的称量不够精确。

微小质量的损失会产生极其巨大的能量。现实中最好的例子就是核裂变。我们都听说过原子弹的威力。

在人类进行核裂变研究之前,科学家们一直认为化学反应不会产生质量损失,因此他们认为化学反应前后的质量守恒。直到后来,科学家们才意识到,化学反应不会损失质量,但质量损失很小,小到无法察觉。

了解了为什么一杯热水和一杯冷水的温度不同,我们现在就明白为什么两斤盐水很难弄到手了。原因是实验环境不是理想环境。

在将盐倒入水中的实验中,盐和水的温度是否相同,与环境的温度是否相同,这一点非常重要。如果盐、水、环境温度不同,那么得到的卤水必然会随着温度的升高或降低而发生能量变化,从而导致重量发生变化,所以一斤盐加一斤水不会弄两斤盐水。但这只是从微观层面,用普通的量具是看不出区别的。

其实不管是“热水还是冷水哪个重”,还是“一斤盐加一斤水能得到两斤盐水”,这样的问题本质上都是无聊的问题,但是如果我们用这个来思考和认识质量和能量的关系,那么这些问题就变得很有意义了。