书城科普读物物理多大点事
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第2章 物质是永远存在的

物质世界是这样的奇妙有趣,光怪陆离,五彩缤纷。它是谁设想出来的?又是谁制造出来的呢?有人说,它是“造物主”或者说是“上帝”制造出来的,那么“造物主“或”上帝”又是怎么来的?他又用什么东西和办法造出了物质世界呢?这种说法实在难以自圆其说。相信辩证唯物主义观点的科学家们认为:物质是既不能创造也不能消灭的东西。它们在客观世界中原来就存在,并且还要永远存在下去。

18世纪中叶俄国化学家罗蒙诺索夫(图1-15)通过无数次化学实验证实,每一次化学反应的前后,物质的总质量保持不变。23克的钠和35.5克的氯气相化合恰好得到58.5克的氯化钠,反应前的钠和氯气都不存在了,它们的质量都转移到反应后的氯化钠中去了。罗蒙诺索夫根据化学实验的结论提出了物质不灭和能量守恒的概念。但并不是所有的人都能很快接受罗蒙诺索夫的观点,特别是对燃烧现象许多人弄不清怎么回事:一大块木炭燃烧后只剩下一点点灰烬,而金属在火中燃烧后重量反而增加了,燃烧前后物质的质量总是不一样。这应该怎么解释呢?这个问题解释不清,物质不灭和能量守恒的说法就难以让人接受。

法国科学家拉瓦锡决心要搞清楚这个问题。拉瓦锡一次又一次地重复着燃烧金属的实验。但是他比其他科学家的高明之处在于,他不仅称了金属的重量,还称了整个容器的重量。这样他就很容易地确定了金属燃烧前后总重量不变,因为金属部分增加的重量刚好等于容器内空气减少的重量。用同样方法做木炭燃烧的实验,发现木炭在封闭容器内燃烧后确实只剩下一点点灰烬,但是木炭消失减少的重量恰好等于容器内空气增加的重量。这些实验都说明物体燃烧时,同空气中的一部分起了化学作用,变成了别的物质,但是燃烧前后物质的总量仍然是不变的。

现在,物质不灭和能量守恒虽然已被证明是一个科学的真理,但是有些人对此还有一些疑问,比如植物种子种一粒收百粒、工业生产制造出大批产品……这些过程是不是产生了新物质呀?这个问题的回答与前面讲到的化合反应的例子道理上是一样的。这些变化中的确产生了新物质,但这些新物质不是凭空产生、无中生有的,而是旧有的一些物质中的分子、原子重新组合排列,或者仅仅是一些外观上的改变,以一种新的面貌出现而已。反过来,想把某种物质“彻底”消灭也是不可能的。一个人去世了,我们再也看不见他了,他的生命是完结了,但组成他的躯体的各种物质仍然存在。这些物质又会参加到自然界其他各种物质的变化中去,以新的面貌在其他的地方出现。

还有人会问,“质量亏损”又是怎么回事?质量亏损就是质量减少,就是质量消失了呀!这样讲也是不对的。基本粒子结合时常常会以电磁波形式放出大量能量,实际上这个过程是实体物质变成了“场”态物质。同样,根据爱因斯坦的质速关系式:物质的质量随着运动速度的增加而变大,这里物质质量的增加也不是凭空造出了新物质,而是原有物质运动形式的一种十分高级而又复杂的变化,对这种变化的原因和规律人们还在研究探索和不断认识之中,也许不久的将来,又会有一些新的认识和理论出现。

科学小链接:

时间、空间、质量和能量

检验物质主要有四种量:时间、空间、质量和能量。每一个具体的物质构成的物体,比如一个茶杯、一个人、一座山、天上的太阳和月亮等等,无论是大是小,无论是有生命的或无生命的,无论是人造的还是自然界中原有的,它们在空间上和时间上都是有限的,都不能永远地存在下去,都必定要经历产生、发展和消亡的过程。当它们存在的时候,必定会有一定的质量或能量。质量和能量间是相互转化的。