不変質量
単一または複数の物体で構成される系の不変質量は、系の全エネルギーおよび運動量の性質と関係している。不変質量は、あるスケールで計測される系の質量と等しい。
孤立した系の質量中心が安定した速度で直線上を運動するとき、観測者は常にそれに沿って運動することができる。これは、系の全運動量がゼロになる運動量中心系(ゼロ運動量系)である。このような系は、(気体の入った瓶のような)境界のある系であるなら、全体として"静止している"ようにみなすことができる。不変質量は静止系の全エネルギーをcで割った値に等しい。ここで、cは光速である。これを質量とエネルギーの等価性と言う。運動量中心系の全エネルギーは、さまざまな慣性系からさまざまな観測者によって観測される中で最小のエネルギーである。この時のエネルギーを静止エネルギーと言う。
二つ以上の粒子で構成された系では、運動量中心系の中で粒子はそれぞれ運動し、基本的な力により相互作用しあう。このとき、粒子の運動エネルギーおよびポテンシャルエネルギーの全エネルギーは粒子の静止質量の和より大きくなり、系の不変質量に寄与する。観測者によって計算される粒子の運動エネルギーの和は、運動量中心系(または、系が境界を持つ場合は静止系)で最小である。