相對論的質能方程，可以根據相對論的質速關係直接推導出來。
質速關係
質能方程是相對論的直接推論，也是物理學中最美妙的方程之一；要推導質能方程，我們需要用到相對論的質速關係方程：
該方程描述到，物體的質量並非一成不變，而是隨著物體速度的增加而增加；同時也指出，物體在無限接近光速時，物體質量將趨向於無窮大，暗示著擁有靜止質量的物體不能達到光速。
質能方程
然後，我們根據質速關係和動量方程，利用一點微積分知識，就可以推導出大名鼎鼎的質能方程：
在相對論下，物體動能為Ek=mc^2-m0c^2=Δmc^2；
該方程表示：一個物體的總質量，包含了一個動質量Δm，和一個靜止質量m0。同時也暗示著，一個靜止質量不為零物體，也存在一個固有能量m0c^2。
因為光速非常大，所以一個小質量的物體，也包含著巨大的能量；比如在核聚變中，質量虧損率為0.7%，1克核聚變材料，就能釋放高達140噸TNT當量的能量。
那麼對於任意物體，把動質量和靜止質量看成相對論質量，那麼物體總能量就可以寫成E=mc^2，這也是物理學中最美妙的公式之一，也指出質量和能量在相對論中是統一的。
經典力學和相對論力學
我們知道，在牛頓力學中，物體動能E=mv^2/2，其實該公式也可以根據質能方程推導出來：
也就是說，牛頓力學動能方程，是相對論質能方程在物體速度遠低於光速下的近似方程；在這裡，我們看到了牛頓力學和相對論力學的高度統一。
靜止質量為零的特殊情況
在質速關係方程中，我們一直在強調物體的靜止質量不為零，但是確實有些粒子的靜止質量是為零的，比如光子。
那麼對於光子的情況，質速關係方程將不再適用，這時候需要用量子力學來描述光子的能量：
E=hυ；
其中h為普朗克常數，υ為光子的頻率。質能方程屬於普適方程，一樣可以用在光子身上，我們可以根據光子的能量，反過來得到光子的相對論質量：
E=hυ/c^2；
只是光子的這個質量，只包含動質量，不存在靜止質量。
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