把地球里的煤炭挖出来烧掉,地球的总质量是不是会变少了呢?

关于这个问题,其实毫无疑问,地球的质量并不会减少。其实,我们就往极限地去想一想,人科物种大概在距今100万年前后就开始使用火了,一直持续至今,烧过的东西也不少,尤其到了工业革命愈演愈恶劣,也不见地球的重力减少,毕竟地球的重力和地球的引力有关,引力又和质量有关,质量如果减少了,重力自然也会变化。

那到底是为什么没有变化呢?

我觉得这里要搞明确两个重要的问题:

地球的质量到底是什么?燃烧到底属于什么反应?我们来一个个说看。

地球的质量到底是什么?

其实地球并不只是一个岩石行星,我们还要把地球的大气算在内。

可能你会纳闷了,为什么还要把大气层算在内?

实际上,我们没有办法不把大气层算在内,因为大气层时时刻刻在和地球自身发生物质交换,整个地球加上大气层其实是一个系统。地球的水循环需要经过大气。

氧气的循环也是需要经由大气。

甚至地球自身的热量的保存也是需要依靠到大气。

因此,地球自身并不是一个系统,而是地球加上地球大气层才应该被看成一个系统。而且实际上,地球的大气层就是在地球的引力范围的,由于地球引力作用才没有消散。

如果把地球上的煤炭都挖出来烧掉,或者我们来点更绝的,就是把地球内部的石油也用消耗掉,那地球的质量会不会消减呢?

燃烧到底属于什么反应?

这里就要明确一个概念,那就是燃烧的本质其实是化学反应。而化学反应是在原子层面进行的,说白了,就是反应前后的粒子种类和数量并不会发生改变,也就是质量是守恒的。(当然,这里的质量守恒并不简单,我们后面还会提到)

所以,基于整个地球和大气层这个大系统,燃烧的过程无论是如何进行的,质量都不会发生改变。但是我们明明看到,燃烧之后,就少一些煤渣,如果是石油更是什么都没有,顶多有点炭灰。那这些东西都去哪里了?

实际上,无论是煤炭还是石油,在整个燃烧过程中都会产生大量的二氧化碳,以及少量其他废气。这些气体实际上就会进入到大气当中,成为大气的一部分,因此,生成物中除了固体质量还在地球上,其余的几乎全部的质量都以气体的形式成为了大气的一部分。

但这并不意味着就结束了,实际上,这些气体还有可能跟着各类循环系统进入回到地面,海洋,甚至是生物的体内。比如说,二氧化碳就如参与到碳循环当中。

剩余的“几乎可以忽略不计”的质量

实际上,反应前后会损失质量的反应,我们也经常听到过,比如:核聚变反应或者核裂变反应。反应前后,我们会发现损失了一部分质量,而这部分质量都以能量的形式释放出来。

太阳每秒钟要损失420万吨的质量,这部分质量都会以太阳辐射的形式最终释放出来。

如果我们回归到刚才那个话题,我们会发现,实际上煤炭和石油的燃烧都会产生大量的热,也就是能量,我们平时使用它们其实就是为了利用这部分能量。但是,无论我们使用的效率多高,都不可能100%地使用。

那这部分热到底是咋来的呢?难道是凭空产生的?

不知道你注意到我上文对于核聚变的阐述没有,我说的是“损失了一部分质量,这部分质量以能量的形式释放出来“,而我们常见的很多科普文的说法都是”质量转化为能量“。这其实是不准确的,如果我们翻回到当年爱因斯坦发表的论文,就会发现,爱因斯坦想表达的其实是质量里有能量,能量里有质量,这两者其实是一个东西的两面。(由于“质量转化为能量“太深入人心,因此,其实现在大学的物理学教材也在着重去辟谣这一点,不信可以自己翻一下看看。)

如果是这样的,也就是说,化学反应过程中化学键断裂所释放出来的热量也对应的质量,只不过根据质能方程E=mc^2,我们可以知道m=E/c^2,因此,这个热量要除以c^2,也就是除以9*10^16,就能得到质量,所以,这个质量其实是微乎其微的。而这部分质量也随着燃烧的过程中,释放到周围的环境当中。而所谓的质量守恒,其实在生成物这段还需要加上这部分的能量所对应的的质量。但由于,几项生成物都在地球和大气的系统内,因此总质量是不变的。