深度长文：爱因斯坦说过质能等价，但能量真的能转换成质量吗？

爱因斯坦的狭义相对论里，有一个著名的公式：质能公式，非常简洁，能量等于质量乘以光速的平方。

这个公式看起来很简单，让两个原本看起来毫不相干的两个物理属性紧紧联系在一起，其实公式本身并不像看起来如此简单，还蕴藏着更深刻的奥秘。

由于光速非常大，每秒30万公里，光速的平方自然是一个更大的数字，这意味着一小撮质量就能转换成巨大的能量。比如说，无论是核裂变还是核聚变过程，都会通过“损失质量”的方式释放出巨大能量。

举个例子，核裂变过程中，损失掉的1克质量，就相当于2000吨煤燃烧释放出来的能量！

这里说点题外话，很多人认为原子弹和氢弹的发明就是因为爱因斯坦的质能方程，其实这是一种误解，两者其实没有什么关系。人们只知道质能方程，知道物质中蕴藏着巨大能量，但并不知道如何利用这种能量。实际上，即便没有爱因斯坦的质能方程，科学家也能制造出原子弹和氢弹。

质量转换为能量的现象在我们身边其实是很常见的，核弹（原子弹和氢弹）就是最好的例子。除此之外，物体燃烧过程中的化学反应，严格来讲也是质量转换为能量的过程，这一点与我们上学时学过的质量守恒定律好像发生了矛盾。

毕竟，在化学课上，老师都告诉我们，化学反应前后的质量是守恒的，不过严格来讲化学反应过程也存在着质量亏损，因为任何化学反应都会伴随着能量变化， 只不过这种变化太微小了，我们通常近似认为质量是守恒的。

那么，既然质量和能量是等价的，现实中有没有能量转换成质量的现象呢？确实有，具体都有哪些呢？

首先我们需要简单了解一下质量的定义。不要以为质量很简单，其实细说起来，质量的本质是相当复杂的，之前的科普中做过详细的讲述，这里就不具体展开了。

总体来讲，质量可以分为静质量和动质量，顾名思义，静质量是指物体处于静止状态下的质量，但是世界上并不存在绝对静止的东西，所以在物理学上是这样定义静质量的：在一个惯性系中，如果一个物体相对该惯性系静止，那么在该惯性系下测量到的质量就是静质量。与静质量对应的就是动质量，一个物体相对某惯性系运动，就具有动质量。

明白了以上这些，我们再来看看能量转换成质量的例子。

第一，爱因斯坦的狭义相对论表明，一个物体的运动速度越快，质量就越大，这里的质量就是指物体的动质量。那么多出来的质量到底来自哪里呢？

就是由能量转化的。高速运动的物体会具备更大的动能，这些能量就转化为物体的动质量。只不过只有物体的速度接近光速时，物体的动质量变化才比较明显，我们平时经历的速度基本不会对物体的质量带来任何影响。但是，只要速度足够快，足够接近光速，哪怕是一根针，都可以具备足够大的能量和质量。

科学家曾做过此类实验，通过粒子对撞机将两个基本粒子加速到亚光速，然后让它们发生碰撞，撞击之后产生了总质量大于原两个粒子总质量的新粒子。

多出来的质量其实就是由能量转化来的，说明能量转化为物质需要海量的能量，短时间集中消耗掉，也有人认为宇宙就是高能量奇点爆炸产生的。

第二，在微观粒子中，能量转化为质量的例子其实是很多的，比如说原子核由质子和中子构成，而质子和中子都是由三个夸克构成。理论上讲一个质子或中子的质量应该正好等于三个夸克的质量。

但实际上并非如此，三个夸克的质量总和仅占了质子或者中子质量的1%而已，剩下99%的质量其实都是能量转化来的，什么样的能量呢？就是来自三个夸克之间的强相互作用，三个夸克之间通过强相互作用紧紧束缚在一起，由此产生了强大的束缚能，也就是强力场的能量，强立场通过胶子传递能量。

第三，如果你对上述两种能量转化成质量的方式不太满意，还有最直接的例子。我们都知道光是电磁波，而电磁波也是纯能量，不同频率的电磁波能量也会有所不同。科学家曾做过这样的实验，在实验室中利用强大的激光，可以制造出正反电子对，不管是电子还是反电子（正电子）都是物质。反过来，电子和正电子这两种物质相遇，也会发生湮灭转化成纯能量。

其实所有能量和质量相互转化的现象再次表明了，能量和质量是等价的，只是表现形式不同而已。但其实这种观点也只是通俗的理解，更方便普通吃瓜群众理解，严格来讲也是不严谨的。

严格来讲，能量和质量其实是“不等价”的，因为能量才是最根本的东西，而质量只是能量的另一种表达方式而已。说白了，任何质量其实本质上都是能量，宇宙刚诞生之初就是纯能量状态，没有质量这种属性。

当然，这说来话长了，涉及到质量的本质，甚至是宇宙的起源还有基本粒子的形成问题。如果有兴趣，可以翻翻我之前的科普文，有关于质量本质的详细解读，这里就不再详述了。

可以用一句话来通俗理解能量和质量的关系：能量的聚合就是质量，而质量的离散就是能量！

不管怎么讲，能量才是最根本的，我们的世界可以没有质量，但不能没有能量。哪怕是看起来空无一物的虚空环境，也具备最基本的能量，真空零点能。当然，理论上也存在比真空零点能更低的能量，那就是负能量，科学家们也确实在实验中制造出了少许的负能量，这种能量也被认为是制造虫洞过程中不可或缺的东西！

完！