核聚变是否违反了质量守恒定律？ _经验知识

【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。

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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！
其他观点：
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。

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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。