既然E=mc^2那麼我燒了氫氣和氧氣我就得到了水,裡面的原子都沒變啊,那麼損失的那麼一點點質量去哪了?

我們都愛想念熊


質能方程我們都知道E=mc^2,這個方程有說“在化學反應中不成立”嗎?

並沒有!這說明質能方程同樣適用於化學反應。事實上,我們通常所說的“化學反應並沒有損失質量”只是“沒有必要考慮損失的質量”,因為太微小太微小了,電磁力相對於原子內部的強核力來講太微弱了,完全可以忽略不計!

質能方程是需要考慮相對論效應的,在這種效應下,物體質量也分為靜止質量和運動質量兩部分組成,我們所說的化學反應質量並沒有變化,指的是靜止質量沒有變化。但運動質量是有變化的,因為粒子在不同運動狀態下的質量(運動質量)是不完全相同的。

氧氣和氫氣燃燒之後雖然原子並沒有什麼變化,用化學公式來看也的確如此:2H2+O2=2H2O,看起來一切都沒有變化!但實際上是有某種變化的。在燃燒過程中,電子的軌道半徑已經發生了改變,電子會躍遷到靠近原子核的軌道,同時釋放出能量,這個過程中確實損失了非常少的一丟丟質量,可以根據相對論效應計算出來。

能量即質量,質量也是能量,兩者就像一個東西的兩面性,是完全等價的。

可以用E=mc^2計算一下,氫氣和氧氣燃燒釋放的能量換算成質量實在少得可憐,這種能量與原子核內部的強核力比較完全可以忽略不計。所以通常情況下,我們會認為E=mc^2只適用於核反應,實際上E=mc^2適用於一切能量和質量轉換的反應!

不然的話,E=mc^2這個公式就會加上一個前提:不適用於化學反應!


宇宙探索


質能方程是物理過程。氫氣和氧氣反應生成水是化學反應過程,這個過程和e=mc^2沒有關係。樓主應該是想問過程中產生了光和熱是質量損失轉化而來的嗎?這些熱和光是由於電子能級躍遷產生的。氧氣是兩個氧原子共享兩個電子形成的穩定結構,氫氣是兩個氫原子共享一個電子形成的穩定結構。燃燒變成水後,以前的兩個氫原子離婚,以前的兩個氧原子也離婚,然後這兩個離婚後的氫原子都嫁給了氧原子。他們三個一共共享了兩個電子。這個過程電子的能級從高能級躍遷到了低能級,產生了光和熱。但是原子的個數和類型都沒有發生變化,質量守恆。

再補充一下,有些觀點認為這個過程產生的能量變化應該符合質能方程,引起了了質量的變化,只是變化量特別小而已。我認為這種觀點不對。質能方程是衡量質量和能量之間轉化時的量級關係,但是不意味著所有熱能都是通過質量轉化而來的。在題主的例子裡,這些熱能是電子的能級躍遷產生的,本質是電子的動能加上電子和原子核之間的勢能變化產生的。這個過程每個電子和原子核的質量都沒有發生改變,數量也沒有改變。因此理論上質量應該是不變的。

再補充一下,談到質量有沒有發生變化,這裡說的是必須是靜止質量,不然這個問題沒法回答。因為質量不是物質的固有屬性。物質要獲得恆定加速度的力與質量之間不是線性關係。牛二定律僅適用於宏觀世界。運動質量和物質的運動速度有關。


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就目前的科技水平而言,認為你這個反應是沒有質量損失的,但是有能量變化,燃燒反應是放熱反應,熱量以輻射的方式散發了。

但是,如果我較真一點,我覺得輻射出去的熱量就是損失的質量,只是這個質量很小很小,我們現在不把它定義為質量而已。


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