很多人喜欢把这个方程用在核弹爆炸前后的解释,似乎质能方程就是核弹制造原理一样。但事实上,这样说是不准确的。准确来说,原子弹的原理是核裂变,氢弹的原理这是核聚变。质能方程只是可以计算出核弹的爆炸威力。
关于这方面的解释,很多人一般是这么认为的:核弹爆炸前后,有质量减少,质量转化为了能量释放出来。但这里要说,这个观念是有问题的。
实际上,质能方程是描述等价关系,而不是转化关系。科学家是很喜欢统一的,爱因斯坦利用质能方程来统一质量和能量。质能等价描述的是质量和能量其实是一个东西,质量里还有能量,能量里还有质量。所以,核弹释放出来的那部分能量,如果你有一个理想的仪器把它们收集起来,然后称量一下,你就会发现,它应该恰好等于反应前后损失的质量。也因此,质量守恒是正确的,能量守恒也是正确的,才使得质能守恒是对的。一个系统应该同时遵守这三个守恒。
封闭系统知道了质能方程,我们再来看看这个问题。假设我们有个理想的实验条件,把水倒入到食盐当中,并且可以确保整个过程中,整个系统不和外界有任何的物质交换和能量交换。这就意味着整个过程没有任何的质量损失,因此,最后的结果就是两斤。这里要多强调一句,这里指的是在一个封闭系统当中做实验,才能确保前后质量完全没有发生变化,其中也包括溶解过程中可能放出的热不扩散到系统外。
非封闭系统但是,一般情况下,我们所遇到的并非是封闭的系统的,或者我们应该说做不到是封闭系统的实验条件。这时候,系统就很容易受到外界的因素的干扰。我们举个例子,如果我们的实验条件其他条件都一致的情况下,你在室温是15度的环境下做实验,和在室温是40度的环境下做实验,那最终测到的结果是不同的。这是因为温度对于系统的影响很大,热传递会使得系统的质量发生变化,也会提升或者降低水汽蒸发的速率。
在15度的环境中,水温(假设水温20度)高于室温,会散热,但同时水汽蒸发也慢;在40度的环境中,水温低于室温,那水就会向外界吸收热量,但同时水汽蒸发的速度也要比15度的情况。就像上文所说的,质量和能量是一个东西,因此我们很难测算两者到底谁大谁小。不过,大概率会是40度的质量更小一些,这是因为吸热的能量所对应的质量应该要远比蒸发的量。