為什麼質量守恆定律嚴格的說是錯誤的？

01-06

化學物理學

質能等價沒有推翻質量守恆定律！

同樣的，質能等價也沒有推翻能量守恆定律！

質能等價常常被誤解為質量能量可以相互轉化，這是天大的錯誤！

質能等價的真正含義是質量和能量是同一種東西，質量改變必然帶來能量改變，能量改變必然帶來質量改變。

比如物質和反物質湮滅後會釋放出能量，但這並不代表這部分質量就憑空消失，「轉化成能量」，而是轉化成其它形式，比如光和熱。比方說如果這部分能量把水加熱了，水增加的質量正好等於原來的物質和反物質的質量。

所以在質能等價發現之前，人們認為質量和能量分別守恆。而質能等價認為這兩個守恆定律其實是同一條定律。

1.能量守恆、動量守恆；

2. $E=Mc^2$ ，這個M叫做動質量，動質量守恆；

3. $M=frac{m}{sqrt{1-frac{v^2}{c^2}}}$ ,這裡的m叫做靜質量，靜質量不守恆，但是靜質量是與參考系無關的，是物體內秉的性質，動質量與能量依賴於參考系，在不同參考系下能量與動量一起做洛倫茲變換；

4.能量和動質量實際上是同一個東西的不同表述形式，我們沒有區分它們的必要，應當認為質量就單純指靜質量，而描述物體慣性效益的量實際上是物體的能量；

5.一個有內部結構的物體的質量實際上包括了構成它的物質的質量、相對運動的動能、相互作用的勢能。要描述物體的慣性，我們應當規定物體的總質量為它靜止時的能量。質量的疊加規律為：

$m_{12}=sqrt{(sqrt{p_1^2+m_1^2}+sqrt{p_2^2+m_2^2}-gV)^2-(p_1+p_2-gA)^2}$

這裡V是相互作用勢，A是相互作用矢勢，g是耦合常數，為公式簡便光速 $c=1$ 。

這個包含了動能和勢能的總質量也是不守恆的。

我覺得如果特別嚴格的話，恐怕能量守恆也有問題。

宇宙學裡面，宇宙膨脹的時候，物質（氣體石頭之類的的能量密度確實是按尺度因子的-3次方減小，總量是守恆的；但是輻射由於還有一個宇宙學紅移，是按尺度因子的-4次方減小的；宇宙學常數（嚴格說應該包含真空能），一般認為在很長時間密度是常數（暴漲什麼的不知道了），但是好像也有人假設有高階項。所以似乎在非常長的時間和非常大的空間里（我覺得應該滿足均勻各向同性）的情況下，輻射能和暗能量可能不是守恆的。

能量守恆在太陽系肯定是夠用的……

個人覺得，您問題當中的「質量守恆」應該指的是中學化學經常提到的「拉瓦錫質量守恆律」。

在相對論的框架下，拉瓦錫質量守恆定律的確是錯的。根據愛因斯坦質能方程 $E=mc^{2}$ ，一定的質量 $m$ 對應一定的能量 $E$ ，二者的定量關係由比例係數「光速的平方」 $c^{2}$ 聯繫起來。於是，任何體系內能量的變化都會引起相應質量的變化。

所謂質量虧損，就是反應前後體系粒子質量的變化。譬如在核反應中，就是指原子核的質量與組成原子核的所有單個質子與單個中子的質量之和的差（原子核的質量小於組成原子核的所有單個質子與單個中子的質量總和，虧損的質量對應結合能，虧損越大結合能越大）。

核反應中，質量虧損主要是由反應前後體系能量變化而導致的。由於重核裂變與輕核聚變都屬於放能核反應，根據質能方程的涵義，反應後粒子的靜質量要減少，即反應後質量要有所虧損，而質量虧損就意味著能量的虧損。

化學反應體系中所伴隨的能量變化比起核反應來要小得多，但同樣遵循相同的質能方程。當發生化學反應並釋放能量時，必定失去相應的質量。但由於絕大多數化學反應釋放的能量遠遠小於常見核反應所釋放的能量。因此，相比於核反應來說，化學反應的質量虧損往往很小，以致於最精密的儀器都無法測量，只能通過反應釋放的能量來推算。這就是為什麼在拉瓦錫發現「質量守恆定律」之後，再沒有一個化學家在實驗室里發現任何一個反例的原因了。

嚴格地講，化學反應中體系的質量也是不守恆的。考慮到這一原因，我們應該說在反應前後沒有可檢測的質量變化。正如從卡車上遺落兩枚金幣，由於兩枚金幣的質量相對於卡車的質量太小了，以致於卡車質量似乎沒有改變。

以硝化甘油的爆炸為例，假定反應的起始狀態都為 25°C 的標準狀況，可以計算出反應前後的質量損失：

$44 m{C_{3}H_{5}N_{3}O_{9}}left( m{l} ight) ightarrow 6 m{N_{2} left( m{g} ight)} +10 m{H_{2}O}left( m{l} ight)+7 m{O_{2}}left( m{g} ight),$ $Delta H=-2700 m{kJ}.$

　　反應體系釋放的能量等於熱量與做功之和： $Delta E=Delta H-pDelta V=Delta H-Delta nRT.$

　　其中 $Delta n$ 為反應前後氣體的改變數， $pDelta V=62 m{kJ}$ 。

　　因此 $Delta E=-2762 m{kJ}$ ，對應的質量當量應為 $left| Delta m ight| =left| Delta E ight| /c^{2} =3.074 imes10^{-8} m{g}.$

任何原子核的質量均小於構成它們的質子與中子的靜止質量之和，這種原子核的質量虧損是原子核形成的過程造成的，質子和中子的靜止質量分別為 1.007276u 和 1.008665u ， $^{2} m{H}$ 核的質量為2.013553u。由此，質量虧損為 0.002388u ，其能量當量為 3.564× $10^{-13}$ J ，這就是該反應釋放的能量，即原子核的結合能。

化學變化也是如此，例如 $m{C}+4 m{H} ightarrow m{CH_{4}}$ 的反應，該反應釋放的能量為 $2.916 imes10^{-18} m{J}/ m{molecule}$ ，反應中的質量虧損為1.954× $10^{-8}$ u ，遠遠小於 $^{2} m{H}$ 核形成時的質量虧損。 $^{2} m{H}$ 形成過程中質量虧損 0.12% ，而甲烷分子形成過程中質量虧損 0.000031% 。

$^{12} m{C}$ 被用作定義原子量的標準，是指其靜止質量為 12u 。由此，我們可以計算該原子在不同的條件下質量的大小，例如原子被加熱而獲得動能，或由於原子成鍵形成石墨或金剛石而消耗化學能時，原子的質量都會發生變化。石墨與金剛石之間的轉化就可以認為存在質量虧損，儘管這種質量虧損的大小是非常微弱的，但足以引起化學家的關注，化學家應時刻提醒自己原子的質量是與原子的化學狀態緊密聯繫的。

想來想去，題主的問題成立的唯一可能原因是宇宙膨脹。宇宙膨脹是度規的膨脹，嚴格的說某些體系的質量對於選定的靜止參考系有可能不再守恆，對引力約束系統相對質量值應該還是守恆的（也不知道有沒有絕對質量值這回事，慣性質量作勢能處理則應沒有，引力質量很難說）。對全宇宙積分，宇宙總能量還是守恆的。

以上情況均為宇宙學尺度下來說。

量子力學的情況下，不存在能量不守恆，不確定性跟守恆律沒有任何關係，不確定性出現在測量過程中，已經對系統造成干擾（從這點也可看出，愛因斯坦認為測量前量子有實在性比沒有更靠譜，沒有實在性就談不上守恆了）。

真空漲落說明質量不守恆——真是一派胡言。無測量行為或干擾情況下，真空壓根就不可能存在漲落這回事（卡西米爾效應兩塊金屬板以及金屬板間的介質是一種真空環境的製備，對真空造成了擾動，用物質與物質之間的相互作用可以解釋得一樣好，所謂真空漲落只不過統計學意義上一塊金屬板的量子漲落在另一塊上被抹平了，不納入統計）。簡單的估計真空漲落的引力效應，就知道大的離譜，完全是對量子力學的一種偏執理解（偏執的意思是我不管你引力怎麼說，反正我是對的）。

問題的關鍵在如下一個問題：1+1=2嗎？質量不守恆，說到底是因為內部組成部分的質量之和不等於整體的質量，這個看似難以理解的事情，其實是簡單的，因為質量作為一個物理學概念，它的含義取決於你如何來定義它。不同人當然可以給出不同的定義，每種定義都可以推演出不同的結果，而選擇哪種定義作為物理教科書，取決於這種定義應用起來是否優於別的定義。最終的結果，物理學家放棄了部分的質量之和等於整體質量這個性質。

先問是不是再問為什麼。現在問問題真是粗暴

質量是能量的一種形式，所以嚴格來說只有能量守恆。

但能量到底守不守恆就不好說了，我們只是假定它是守恆的，因為如果不守恆會在邏輯上說不通，更別提研究了。

贊同一下 @gyroscope 的答案，簡單直接地指出了在相對論理論體系下，質量就是能量，能量就是質量不存在質量減少變成能量這種說法。

至於匿名答主指出「動質量」這個概念已被廢棄，也是對的。但是一般在相對論性環境下提到質量時，無論從慣性討論還是從引力討論，都一定會考慮到能量所帶來的質量膨脹效應。

也就是說，雖然靜質量不守恆，但是誰在乎啊，那個造成慣性或者造成引力的量守恆不就行了。

我想要補充的一點就是，如果非要「不問是不是就問為什麼」的話，相對論這條路是走不通的。要去找量子力學去強行解釋。

海森堡測不準原理指出，△E△T≥h/4π 在這裡能量出現了一個不確定性。也就是說能量不再是一個唯一不變的守恆量，而是某種概率分布。前面說過，質量能量本是同一種東西，於是質量也就不再守恆了。

簡單的講質量和能量就是一種東西，質能守恆就目前來講是不可推翻的（推到了我世界觀都要崩）某些地方讓人類產生了質量可以不守恆的錯覺，我覺得主要原因還是人類對宇宙定律的了解不夠。

很簡單，在當前世界中所有粒子不會逃逸出當前宇宙，存在性粒子將會』永遠』存在，之後隨便怎麼理解也就都可行了。

不知道為什麼這麼多人認為高票是對的，如果是那樣的話你認為高能粒子對撞機還有存在的必要麼。你可以懷疑質量守恆定律，但質能守恆不要曲解。

再補充一句，粒子對撞就不滿足質量守恆定律。但如果你理解的足夠深，比如你意識到其實能量和質量的本質是一樣的，你會發現此時質量守恆又是對的。

首先，化學反應中不可避免存在能量的轉化，由質能等價即可知道靜止質量的變化。

但伴隨化學反應的質量變化太小，通過質能等價可求出1mol甲烷燃燒的質量損失為9.89×10^-12kg。

因此可看出在一般化學反應中，隨著能量變化的質量變化太小，以致用現在的測量方式難以測出質量的虧損。

因此嚴格而論質量守恆定律是錯的，但在一般（這個『一般』是很廣闊的）情形可忽略。

這個說法就跟小學生認為1-2不能計算是一樣一樣的，你不能說小學生是錯的，同樣你非得在經典物理框架下討論這個問題，其實嚴格是不能成立的;然而我們都不是小學生，最後質量能量在低能情況下轉化不是那麼頻繁常見，到高能情況里經常出現粒子湮滅生成，涉及質能轉換，所以我們直接給質量單位為多少電子伏特，那不就是能量單位嘛

質量不能憑空產生也不能憑空消失。那麼宇宙中的能量哪裡來。

化學方面

簡單地說裂變聚變反應都會損失或增加質量的現象，所以說質量守恆定律是錯誤的。

化學反應的定義是指分子破裂成原子，原子重新排列組合生成新物質的過程。

裂變聚變涉及質子和中子了也就不屬於化學反應了，可以說化學界的質量守恆定律不是錯的。

物理方面不太懂。

當物體達到光速的時候物體的質量就變化了，我覺得題主的問題應該看看愛茵斯坦的（相對論）

當物體以光速運動的時候質量守恆定律就不對了（個人也不清楚該問題怎麼回答參考）

靜質量不守恆，能量（與動質量成正比E=mc^2，因而動質量）守恆。