深度长文：解读E=MC平方，M代表质量吗？还隐藏着更深的奥秘！

爱因斯坦的质能方程公式E=MC平方，相信大家都知道，公式简洁明了，让我们第一次明白了能量与质量之间原来存在这种关系。以前大家都认为能量与质量毫不相干，而智能方程让我们明白能量与质量可以相互转换，两者可以理解为一个东西的两种表现形式。

单从公式来看，公式E=MC平方中的E指的是能量，M代表质量，而C代表光速。对于普通吃瓜群众来讲，其实了解这么多也差不多了。但如果你想深入了解，会发现M不仅仅代表质量那么简单，还隐藏着更深层的奥秘。

E=MC平方公式，很多人认为能量与质量是等价的，质量是能量的另一种表现形式。其实严格来讲，这种观点并不太严谨，不过普通人那样通俗理解也没有错，毕竟普通人对科学的理解还是要兼顾通俗，不能过多地强调专业和严谨。

但是作为科普工作者来讲，通俗的要讲，严谨性也要让大家知道。今天就和大家一起来接质能公式E=MC平方更深层的含义。

首先我们从组成万事万物的原子开始说起。

拿氢原子来讲，氢原子最简单，由一个质子和一个电子构成，那么，氢原子的质量就应该等于一个质子的质量加上一个电子的质量。这很好理解。

但事实上并非如此，真实的情况是，氢原子的质量要小于一个质子与一个电子的质量总和！

是不是觉得不可思议？为什么会出现这种看似矛盾的现象呢？

简单来讲，一个物体的质量其实包含两个方面：组成物体的结构质量，比如说组成氢原子的质子和电子，还有就是该物体运动过程中产生的质量！

如何理解“物体的运动产生质量”呢？举个例子就明白了。

假设有两辆一模一样的汽车，一辆静止在地面上，另一辆在大街上行驶，两辆汽车的质量是一样的吗？

并不一样，在大街上行驶的那辆小汽车质量会更大。为什么？

原因很简单，因为汽车在运动，就意味着发动机一直在启动的状态，汽车内部的很多齿轮都在转动，在这个过程中一定会产生热能。而从微观层面理解，产生的热能会让组成汽车的基本粒子的运动更剧烈，拥有更大的动能。

而不管是热能还是动能，都是能量。而质能方程E=MC平方也可以表达为：M=E除以光速平方，把以上所有的热能和动能加在一起，除以光速的平方，就可以换算成质量。当然还有狭义相对论中速度引起的质增效应，也会让运动物体的质量增加。

而运动起来的小汽车，比静止不动的小汽车多出来的质量，就是上面所讲的质量。所以，行驶中的小汽车质量会更大。只不过由于光速实在太大了，平方之后更大，需要很多的能量才能转换为一点点质量，因为日常生活中，我们完全感受不到运动让物体增加的质量。

因此，通常情况下，质能公式中的M都会被默认为静质量，也就是静止状态下的质量，我们平时说质量的时候，也没有必要刻意强调是静质量。比如你称体重时，显然不会说自己的静质量是多少多少，只会说是质量。

不过我们需要明白一点，运动物体的质量确实比静止物体的质量更大。

当然还有更多更通俗的例子，比如说很多人小时候都用过手电筒。但你或许并不知道，你或许还不知道，在打开手电筒时，手电筒的质量就会变小一些，当然变小的幅度非常有限，你当然感觉不到。

至于说质量变小的原因，或许你已经知道了。就是因为手电筒发射出光线，光线是一种能量，这些能量是由储存在电池里的化学能转换来的。其实不用管怎么来的，既然手电筒向外辐射能量，意味着能量减少，而质能方程告诉我们，能量也可以表现为质量，因此手电筒的质量当然会减少。

说了这么多，还得回到开头的问题：氢原子质量为什么会小于质子加上电子的质量呢？

因为质子和电子分别带正电和负电，两者之间具有势能。通常我们认为当质子与电子相距无穷远时的势能为零。于是，当两者之间的距离不断缩小，在相互靠近的过程中，势能自然会变小，也就是说，势能会变成负数。

虽然电子的运动会产生动能，但综合起来仍旧是负的，也就是说电子的势能绝对值比动能更大。

再根据质能方程E等于MC平方，能量是负的，质量当然也是负的。也就是说，氢原子质量应该等于三项之和：质子的质量，电子的质量，还有就是负势能产生的负质量。

结果当然很明了：氢原子质量肯定比质子与电子的质量总和要小。问题完美解决。

当然，还有更深奥的问题：电子和质子的质量是哪里来的呢？

这就牵扯到希格斯机制了，一个更为复杂的物理学机制，之前的科普文也详细讲述过，这里就一笔带过了。

简单讲就是，电子，夸克等基本粒子的质量，是通过希格斯场获取的。通俗理解就是，电子等基本粒子会与希格斯场发生相互作用，在这个过程中希格斯场中希格斯粒子会让电子等基本粒子发生减速，在减速的过程中获得了质量。当然，也可以换一种理解方式，电子等基本粒子在与希格斯场发生相互作用时，获得了势能。

希格斯机制也告诉了我们一点，其实任何基本粒子本来都应该以光速飞行，只不过因为希格斯场的存在，让基本粒子发生了减速。而光子胶子等基本粒子不会与希格斯场发生作用，所以一出生就以光速飞行，而且没有任何加速过程。

总结

说了这么多，用一句话来表达就是：能量才是最根本的东西，而不是质量。之所以把这句话放在最后，就是担心如果没有铺垫的话，一开始说这句话可能很多人会不理解。也就是说，质量只是能量的一种外在表现形式罢了。

关于这一点，量子场论已经给出了详细的表述，万物其实都可以看作是“能量包”。通俗理解就是：能量的聚合就是质量，质量的离散就是能量！

完！