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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！ |
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