錯誤的認知
經常看到有很多人在講述氫彈或者原子彈爆炸時這樣說：
反應前後，原子核質量減少了，這部分減少的質量轉化為能量。
至於你要問為什麼？他會說，根據愛因斯坦的質能方程：
那這個說法對還是不對呢？我們直接給出解釋：並不對。
如果非要評選一個人類史上最著名的公式，這個質能方程很有可能是第一名，實在太好記了。但如果要評選一個人類史上誤會最深的公式，那質能方程應該可以穩居第一名。
今天，我們就來聊一聊：質能方程以及關於質能方程的誤解。
質能方程是什麼？
這要從1905年說起，這一年被稱為愛因斯坦的奇蹟年，在這一年愛因斯坦發表了四篇可以被載入史冊的論文，其中第三篇《論運動物體的電動力學》就是我們熟悉的狹義相對論。
而在當年的晚些時候，愛因斯坦又發現了一篇論文《物體的慣性同它所含的能量有關嗎？》作為狹義相對論的補充，在這一篇當中就出現了我們熟悉的質能方程，只不過，當時愛因斯坦表述並不是我們熟悉的樣子，而是m=E/c^2 。
那這個公式到底想表達的是什麼呢？
這件事就要回溯到牛頓時期了，牛頓寫了一本著作《自然哲學的數學原理》，開篇就給「質量」下了一個定義。
物質的量是起源於同一物質密度和大小聯合起來的一種度量。
反正不管咋說，牛頓的表述至少讓我們明白一點，那就是「質量」和「運動」無關，無論你跑多快，你的質量就在那裡，不增也不減。牛頓的看法其實也是20世紀之前，科學界的普遍看法。
除此之外，牛頓還是留下了一個很好的工作方法沿用至今，那就是凡事先下定義。他的《自然哲學的數學原理》前面10多頁都在下定義，我們熟悉的很多物理量都是牛頓給下的。所以，後來的科學研究，的第一步都是給研究物下定義。
但是，愛因斯坦就是出了名的愛搞顛覆，其實之前牛頓還認為：
時間和空間和運動狀態無關。
說白了就是，無論你跑得有多快，你和站在地面上一動不動的小夥伴，感受到的時間和空間都是一樣的。更直白點說，就是對於你和他來說，一米和一秒是一模一樣的。這其實也很符合我們的常識。
可愛因斯坦說，這是不對的。因為你還跑得不夠快，如果你做一艘飛船快速飛過去，那你和地面上的小夥伴感受到的時間和空間就會不同。我們可以看空間上的不同，下圖就是10%光速的情況：
這是80%光速的情況：
而這是95%光速的情況：
這也就是著名的尺縮效應。而時間呢？飛船上的時間相對於地面就有時間膨脹的效應。
無論是尺縮效應還是時間膨脹效應，都是由於慣性參考系的不同導致的，這裡就不想詳細贅述了。
我們回歸正題，實際上，愛因斯坦是統一了「時間」和「空間」。可他後來，逐漸反應過來，他發現其實還能統一「質量」和「能量」。
具體來說是這樣的，他通過狹義相對論最基礎的兩條假設，去推演運動物體的質量m，然後就得出了下面這樣一個公式，（如果不想看公式的童鞋，可以直接拉到質能等價那部分，也不會影響到閱讀）
質量m叫做相對論質量，它隨著速度v的增大而增大。而質量m0，其實就是v=0的時候，也就是靜止的時候的質量。這個m0其實就是牛頓定義的質量，它和物體的內部結構有關，我們管這個質量叫做靜止質量。
如果我們把速度取0.9945倍光速，那這時候的m≈9.55m0，具體來說就是，如果以0.9945倍光速運動，那這個時候的相對論質量m就會增大到形式的靜止時的9.55倍。
所以，我們很容易得出這樣的結論：
速度越快，相對論質量越大，要增加物體加速度就越困難。要使物體的速度達到無限接近光速，則質量也會趨近於正無窮，理論上，所需要的能量也就是無窮大，所以才說光速是一切物質運動的極限速度。
在三體中，歌者文明摧毀三體星球時，就提到了一種叫做「質量點」的東西，它是一種極端接近光速的小物體。這其實就是借用到相對論中的質量膨脹來摧毀恆星。
這時候，愛因斯坦就想：
運動時物體質量會增大，而且運動的時候還有動能，質量和動能都會隨著速度增大而增大。
於是，愛因斯坦通過動能公式，假設物體是靜止的，也就是速度為0，動能為0，m=m0。於是推導出了：E=mc^2。(推導的過程涉及到一點微積分，其實並不複雜）
質能等價
那質能方程E=mc^2，到底有什麼含義呢？
簡單來說就是：
質量和能量並不是獨立存在的物理量。一切能量都有質量，一切質量都有能量。E=mc^2隻是告訴我們，一個系統能量和質量的等價關係，而不是轉換關係式。所以很多人所謂的「質量不守恆，能量不守恆，質能才守恆」的想法是不對的，實際上有多少能量就對應相應的質量，所以質量是守恆的，能量也是守恆的，因此質能才是守恆。
我們可以舉個例子：
就還拿很多人喜歡用的核彈帶來舉例，如果有個特別理想的盒子，一顆原子彈放在裡面，並且放在一個足夠大的秤上。
如果盒子是完全和外界隔絕的，沒有任何能量交換，爆炸之後質量不會發生任何變化，秤原來多大，爆炸之後還多大。
如果盒子不是完全和外界隔絕的，能量可以以光或者熱的形式逃逸出去，那這個時候，質量就會減小，秤的示數就會減小。也就是說，逃逸的能量其實帶走了它對應的質量。
所以，質量，能量其實都不能被消滅，只能從一個地方轉移到另外一個地方。
所以，愛因斯坦想告訴我們並不是「能量和質量能相互轉化」，而是「質量和能量其實是同一樣的東西，只是以不同的單位進行測量而已，也就是說能量和質量是一體兩面的。」
在高能物理領域中，
科學家就發現，
物質的99%的質量來源於束縛夸克的強相互作用輸出的能量，通過質能等價E=mc^2，我們可計算出它所表現出的質量。剩餘的1%則是來自於粒子和希格斯場的相互作用。
也就是說，物質的質量來源於運動的能量和非實物的場。
關於質量方程，我們就說到這裡。