核聚变是否违反了质量守恒定律?

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所属分类:浩瀚星途
摘要

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

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。

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!

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。

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。

对于原子核的反应,质量亏损带来的能量是巨大的,当结合能小的核变成结合能大的核,就会释放能量。原子能,就是原子核结合能发生变化时释放出来的能量。

人们依据轻核聚变的原理就研制出了氢弹。而在宇宙中,所有的恒星内部也时刻发生聚变,例如太阳,其内部每秒相当于爆炸900亿个氢弹。

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用道德经的引力理论,恒星核聚变没有失去质量,恒星在不断的吸收周围的空间,质量继续在增加,高质量高速自转高公转速度,使恒星发光发热。氢弹的爆炸只是让聚变材料中多余的中子快速衰变,释放出来空间,产生斥力现象。

万有引力的本质不是时空扭曲而是空间缩收,是带质量物体吞噬周围的空间,造成空间运动空间收缩,形成空间的漩涡。在空间的漩涡中,空间在向物体的中心方向运动,想离开带质量物体周围空间漩涡中,必须能克服空间向物体的中心方向运动。

引力波的发现证明爱因斯坦的时空扭曲是错误的,广义相对论预言了引力波的存在,但以时空扭曲理论去测试引力波是测试不到的,近年来改用空间缩收理论,才测试到引力波。而空间缩收产生万有引力现象的理论,是道德经的引力理论。

道德经的万有引力理论:“万物负阴而抱阳,冲气以为和”。万物释放空间的“阴”围绕着吸收空间的“阳”而运动,物质之间的空间空虚产生万有引力现象。

温度低的物体由于需要吸收周围的空的能量,空间向低温物体中心缩收,产生冷凝现象。

带质量物体由于需要吸收周围的空间进行黑体辐射,周围的空间向带质量中心缩收,产生万有引力现象。

太极阴阳转化不是简单的温度高低,太极双鱼,一鱼吸收空间的物体为阳,释放空间的物质为阴,另一边才是温度高的为阳,温度低的为阴。

在星系中公转线越快的天体,释放的黑体辐射越多,产生的万有引力G越大;天体的自转速度越快,产生的万有引力G越大。

质量守恒定律一般说的是在化学反应中遵守的。化学反应和物理反应,这些反应前后的物质质量不改变。

但是核聚变是另一种分类,即核反应。核反应遵守质能守恒定律就好。E = mc2

所以核聚变就是两个粒子碰撞,生成的粒子质量小于之前的俩粒子,消失的那一部分变成能量释放了出去。

能量释放出去,还可以转化回质量。例如在粒子加速器中加速两个粒子,碰撞后得到的粒子重量大于之前的俩粒子。这是因为一部分动能转化为了质量。

答:核反应过程中,质量是不守恒的,此时遵循的是“质能守恒”。


质量守恒适用于化学反应,还有实际当中绝大多数过程;实际上,质量守恒是一个近似守恒量,在相对论体系,还有核物理当中,质量是不守恒的。

爱因斯坦提出狭义相对论后,得到质能方程,统一了质量和能量;质能方程描述质量和能量是可以相互转化的,两者是同一东西的不同表象而已。

同时,质能方程也暗示着,微小的质量可以释放非常大的能量;比如广岛原子弹,核裂变亏损质量不到一克。


继续来看:

(1)一个自由质子的相对原子质量为1.007;

(2)一个自由中子的相对原子质量为1.0084;

(3)由“两个质子+两个中子”结合而成的氦-4原子,相对质量为4.0026;

而:

4.0026<2*(1.007+1.0084)=4.0308;

其中缺少的质量,就是中子和质子结合成氦-4原子的过程,发生了质量亏损,亏损的质量按照质能方程(E=mc^2)转化为了能量,此时满足的是质能守恒。

在重核裂变和轻核聚变的反应中,都存在明显的质量亏损,所以质量在这里是不守恒的。


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!

对于核聚变是否违反了质量守恒定律呢之话题,我个人认为,太阳核聚变持续超高温的自然燃烧过程,是有质量损耗的必然现象,从这种现象来看,是与质量守恒定律相违背的。为什么会这样说呢?因为,太阳在持续核聚变超高温燃烧的过程中,


太阳圈面会产生巨大的太阳风暴物理现象,源源不断地向太阳系太空间释放出巨大数量的尘粒流物质,为太阳系太空间的各类卫体物质的逐步形成,提供了尘埃物质阶段性的持续来源。这种自然现象,会导致太阳能量物质的自然消耗,从而,引发了太阳所拥有的能量与质量会变得越来越少之必然物理现象,

太阳耗能之质量变少的渐变过程,这正是在违反质量守恒定律的充分体现。所以说,太阳持续核聚变超高温自然燃烧的过程,是会有质量逐渐损耗的必然现象,是与质量守恒定律相违背的体现结果。不知这样的回答是否准确?!如读者阅后觉得我说的对,希给个点赞并关注我,欢迎大家一起来讨论和学习。宇明于东莞市。(注:原创作品,抄袭必究。)

如果仅从质量角度来看,核聚变反应(发生于氢弹爆炸、恒星内部)确实有悖于质量守恒定律,因为核反应前后的质量是不相等的,反应后的总质量小于反应前。

但如果从爱因斯坦的质能方程(E=mc^2)来看,质量和能量其实是等价的,它们之间可以互相转化。核聚变反应所损失掉的质量并没有凭空消失,而是转化了能量。除了核聚变反应之外,核裂变、放射性衰变以及正反物质湮灭也都会出现质量转化为能量的情况。因此,在这些情况下,质量守恒定律是不成立的。

另一方面,能量也可以转化为质量。如果把一个电子和一个光子互相碰撞,将会产生一个电子、一个光子、一对粒子-反粒子。也就是说,这个过程凭空制造出了新的物质。而根据标准宇宙模型,宇宙万物最初来自于宇宙大爆炸的纯能量。

因此,质量守恒定律具有局限性。从根本上来说,真正守恒的是质能总和,这就是质能守恒定律。

这个问题是很多人的疑惑,同时这个问题也给了我们学习过程中一个启示:

学习一条定律,我们不仅要掌握定律的内容,还需要掌握定律的适用条件。


到目前为止,科学家并没有找到一条放之四海而皆准的定律(或许自然界中存在,只是没知道亦或者是根本就没有),因此如果忽略的定律的适用条件,单纯提及定律只能认为是一个科普爱好者,远远算不上行业专家。
质量守恒定律即是如此。

18世纪,俄罗斯科学家罗蒙诺索夫提出质量守恒定律,随后著名化学家拉瓦西进一步验证了这个定律,在化学反应中参加化学反应的各物质的总质量等于反应生成物质的质量

以上就是质量守恒定律的表述,限定条件为化学反应,化学反应中元素种类,原子个数都是不变的,因此适用质量守恒。

进去20世纪,原子核裂变放出的能量惊人,远远大于任何一种物理或者化学反应中可以放出的能量。原子已经不是核物理反应中最小的单位,一种原子可以变成另一种原子。

这时遵循的定律是质能守恒,即质量和能量的总体守恒如果把能量看作是物质静质量以另一种运动形态的存在,那么也可以说是遵循质量守恒。

PS:类似的定理或者定律还有很多,如牛顿第一定律,胡克定律,动量守恒定律等等。


核聚变确实不遵守质量守恒定律,轻核聚变释放出巨大的结合能,原子核出现明显的质量亏损。根据爱因斯坦的质能关系式E=mc2,这块巨大的能量是亏损的这块质量转化而来。核聚变反应前后质量不守恒,因为质量转化的这部分能量不再以质量的形式存在了。但反应前后的总能量保持守恒,也就是说核聚变反应遵守能量守恒定律。

质量守恒定律本来就不是个最基本最通用的精确定律,它仅仅适用于化学反应中,因为化学反应的最小单位是原子,涉及的只是原子之间最外层的核外电子所形成的化学键,是旧化学键的断裂和新化学键的生成引起焓变(粗略地等同于反应热)带来的极其轻微质量变化。只是电子质量级别的变化,没有涉及到占原子质量99.99……的原子核。所以近似地认为质量是守恒的。但严格说起来,在化学反应中质量守恒定律应该和质能方程式结合起来。人们之所以说化学反应遵守质量守恒定律,是因为以下几个原因。

1,如上所说,质量虽发生变化,但极其轻微,与核聚变发生的质量亏损相比可忽略不计。比如氢核聚变为氦,质量亏损在0.8%左右,可以说非常明显,但化学反应即使是焓变值为负的放热反应,质量亏损的数量级在百亿分之一。

2,化学反应的能量大多来自于外部,比如加热、光照、高温和活化分子(催化剂等),或者是放出的热量提供给破坏旧化学键所需的能量。在上述情况下化学反应能量变化主要来自于外部,化学反应物和生成物本身的质量没有转化为质量,所以说这种化学反应是遵守质量守恒定律的。

核聚变是物理变化,是原子内部的变化,能产生别的元素。改变的是占原子质量99.99……的原子核中核子的数量和质量,质量肯定不守恒,如果转化为能量的那部分质量能够和能量一体,那质量肯定守恒,可是释放的那部分能量没有任何质量。能量才是物质的第一表现属性,质量不是。因此核聚变不遵守质量守恒定律,但遵守能量守恒定律。



以上就是我的回答,欢迎评关注。

木有违反,它依然遵守能量守恒定律,只是所有的质量已经全部转化为能量了。参考爱因斯坦的质能公式E=mc2 ,质量和能量是可以相互转化的。

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