本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。 简介 爱因斯坦相对论的一个重要结论。表明物体的质量m跟其能量E之间存在的一定关系,即 其中,c为真空中的光速。若物体的能量增加(或减少)δE,则其质量也相应增加(或减少)δm。 质能关系式的含义 该公式表明物体相对于一个参照系静止时仍然有能量,这是违反牛顿系统的,因为在牛顿系统中,静止物体是没有能量的 [1] 。这就是为什么物体的质量被称为静止质量。公式中的E可以看成是物体总能量,它与物体总质量(该质量包括静止质量和运动所带来的质量)成正比,只有当物体静止时,它才与物体的(静止)质量(牛顿系统中的质量)成正比。这也表明物体的总质量和静止质量不同。反过来讲,一束光子在真空中传播,其静止质量是0,但由于它们有运动能量,因此它们也有质量。 意义 在狭义相对论里,这一公式表明能量和质量有比例关系,可等价描述,现今夸克等物质即以eV(电子伏特)此能量单位为常用单位 [2] 。虽然很多人并不确切的知道这个公式的真实含义,但它已经成为人类历史上最有名的公式之一,并成为文化的一部分。有人认为这一公式直接导致了原子弹的设计和制造,但事实上质能转换公式对于原子理论和原子弹的设计和制造并无任何的直接或间接促进作用,而仅仅是后人用来解释原子弹原理的解释工具之一。 背景及其影响 这个关系式源于阿尔伯特·爱因斯坦对于物体惯性和它自身能量关系的研究。研究的著名结论就是物体质量实际上就是它自身能量的量度。为了便于理解此关系的重要性,可以比较一下电磁力和引力。电磁学理论认为,能量包含于与力相关而与电荷无关的场(电场和磁场)中。在万有引力理论中,能量包含于物质本身。因此物质质量能够使时空扭曲,但其它三种基本相互作用(电磁相互作用,强相互作用,弱相互作用)的粒子却不能,这并不是偶然的。这个方程对于原子弹的发展是关键性的 [1] 。通过测量不同原子核的质量和那个数量的独立质子和中子的质量和的差,可以得到原子核所包含的结合能的估计值。这不仅显示可能通过轻核的核聚变和重核的核裂变释放这个结合能,也可用于估算会释放的结合能的量。注意质子和中子的质量还在那里,它们也代表了一个能量值。一个著名的花絮是爱因斯坦最初将方程写为dm = L/c²(用了一个“L”,而不是“E”来表示能量,而E在其它地方也用来表示能量)。一千克物质完全等价于89,875,517,