質能方程E=mc平方是狹義相對論的一個推論,它的數學形式是推導出來的,告訴我們物體的總能量與其質量成正比,至於為什麼係數是光速,而且還是光速的平方,歸根結底還是狹義相對論的兩條基本原理,除此之外並無它意。
下圖為質能方程的一種推導辦法(利用質速關係、動能定義等)
其實質能方程之所以帶有光速這個常量,本就是無可厚非的事,因為狹義相對論的突破就在於光速不變。兩條基本原理:狹義相對性原理和光速不變原理
其中第一條相對性原理是伽利略力學相對性原理的升級版,將力學定律換做了一切物理定律(由此可見,狹義相對性原理是一條管定律的定律);
而第二條光速不變原理才是核心,我們將其換種說法:理解為光速不疊加,比如說某個觀察者面前飛過去一架飛船,飛船前面開著燈,試問燈光的光速幾何?在狹義相對論之前,人們普遍認為燈光的光速=飛船靜止時的燈光光速+飛船飛行速度;然而光速不變原理告訴我們,光速在任何慣性系下都是定值
既然光速這麼核心,那麼狹義相對論的一切推論都包含光速c這一係數也是理所當然的了。最後再提一點,我們需要注意,E=MC平方只能在慣性系下成立。