愛因斯坦：E=mc^2，能量確實可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，科學(xué)家已觀測到

在愛因斯坦的質(zhì)能公式提出之前，當(dāng)時的科學(xué)界普遍都認(rèn)為質(zhì)量就是質(zhì)量，能量就是能量，它們是相互獨立涇渭分明的不能混為一談的兩種東西。但是愛因斯坦的質(zhì)能公式卻打破了這一點，根據(jù)E=mc^2，我們知道能量和質(zhì)量本質(zhì)上是一樣的，它們是同一概念的不同屬性，有著明確的數(shù)量關(guān)系。

地球上最常見的太陽能就是最著名的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量的例子。根據(jù)初步的計算，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，太陽內(nèi)部每一秒鐘都有超過400萬噸的質(zhì)量發(fā)生了核聚變，這個過程中，一部分的質(zhì)量會消失，而這個過程中產(chǎn)生的能量就來源于這部分消失的質(zhì)量，所以現(xiàn)在我們對“質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量”這件事是沒有疑問的。

但是但這個形勢逆轉(zhuǎn)后，發(fā)生“能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量”這樣的事情的時候卻讓人有點難以接受，因為這與人們的思維定式相違背。能量在我們看來是看不見摸不到的東西，對一些人來說，能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量就像是無中生有。但是事實往往與我們的感覺背道而馳，愛因斯坦是對的：能量真的可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)量。并且科學(xué)家們已將觀測到了這樣的實例。

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第一個實例：強(qiáng)相互作用

我們知道，分子是保持物質(zhì)性質(zhì)的最小單位，而分子本質(zhì)上也是由原子構(gòu)成。所以說，構(gòu)成宏觀物體的基本單位就是原子。原子的大部分質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)部，內(nèi)部的中子和質(zhì)子占了大部分質(zhì)量，核外電子的質(zhì)量幾乎可以忽略不計。而從最微觀的層面來看，質(zhì)子和中子又是又不同的夸克比例組成。質(zhì)子帶正電，由兩個上夸克和一個下夸克組成，中子不帶電，包含一個上夸克和兩個下夸克。

那么有人就會想當(dāng)然的覺得，既然原子核內(nèi)部可以看作是夸克的聚合體，那原子核的質(zhì)量是不是就是所有組成夸克的質(zhì)量之和？但是事實上不是這樣的，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，對一個質(zhì)子或者中子而言，組成它們的三個夸克的質(zhì)量加起來也只有他們各自總質(zhì)量的1%不到，那質(zhì)子剩下的99%的質(zhì)量又是從哪里來的呢？

這時候，我們要考慮到四大基本力之一的強(qiáng)相互作用力。這種力的力程極短，只發(fā)生在原子核的內(nèi)部，夸克通過強(qiáng)相互作用力結(jié)合在一起。在這個過程中，傳遞這個強(qiáng)相互作用力的存在是一種叫做“膠子”的粒子?！澳z子”是一種沒有靜質(zhì)量的規(guī)范玻色子，但其本身攜帶了能量。

據(jù)此，科學(xué)家們認(rèn)為，質(zhì)子剩下的99%的質(zhì)量就是來源于這些膠子所攜帶的能量，中子的情況也是一樣，這里都是能量表達(dá)變成了質(zhì)量展示。因此這里可以看成是一個“能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量”的實例。

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第二個實例：高能光子

除了以上強(qiáng)相互作用的例子，另一個“能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量”的例子是高能光子。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，如果一個光子攜帶的能量大于兩個電子的靜質(zhì)量，那么當(dāng)這個光子在與有質(zhì)量的物質(zhì)互相作用時，就可能會產(chǎn)生一個電子和一個正電子，同時這個光子本身則會消失。1933年，科學(xué)家就在云室實驗中觀測到了這一現(xiàn)象。

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第三個實例：高能質(zhì)子碰撞

這個現(xiàn)象是在歐洲核子研究組織（CERN）的強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，科學(xué)家們將兩個質(zhì)子加速到亞光速后在粒子管道中發(fā)生碰撞，在這兩個高能質(zhì)子碰撞時發(fā)生的散射過程中會觀察到這樣的現(xiàn)象：這兩個質(zhì)子都沒有變化，但是卻產(chǎn)生了新的粒子，比如說我們相對熟悉的“J/ψ介子”。

“J/ψ介子”是由一個粲夸克和一個反粲夸克構(gòu)成的，而前面我們說了，質(zhì)子是由兩個上夸克和一個下夸克組成的。這就意味著，在這個碰撞過程中產(chǎn)生的“J/ψ介子”不是質(zhì)子的“碎片，它們是由質(zhì)子攜帶的能量直接構(gòu)成的，

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第四個實例：真空極化

除了最著名的LHC以外，來自日本的粒子加速器“Tristan”也曾為高能物理立下過汗馬功勞。在1997年的時候，科學(xué)家們在Tristan中發(fā)現(xiàn)了一個神奇的現(xiàn)象，科學(xué)家們講這種現(xiàn)象命名為“真空極化”。

科學(xué)家經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，真空極化通俗的來講就是：強(qiáng)大的電磁場可以在真空中激發(fā)出正反粒子對。而電磁場是能量場的范圍，很顯然，這也是一個“能量可以轉(zhuǎn)成質(zhì)量”的實例。

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總結(jié)

經(jīng)過以上四個現(xiàn)象的解釋，很對人可能發(fā)現(xiàn)了一個共同點，那就是質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量一般是宏觀現(xiàn)象，而能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量卻都發(fā)生在微觀領(lǐng)域。那為什么會這樣呢，其實根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能公式就能發(fā)現(xiàn)一點端倪。

根據(jù)E=mc^2，這里的m為質(zhì)量，E為能量，c為真空中的光速，約等于300000000米/秒。c的平方為很大的數(shù)字，所以很小的質(zhì)量就能轉(zhuǎn)化為巨大的能量，想要反過來轉(zhuǎn)化的話，巨大的能量才能轉(zhuǎn)化成一點點的質(zhì)量。

所以常見的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量是宏觀現(xiàn)象，比如核彈爆炸，核電站，太陽發(fā)光等現(xiàn)象。當(dāng)時在廣島爆炸的那顆原子彈相當(dāng)于1.3萬噸當(dāng)量TNT的炸藥，但是僅僅相當(dāng)于0.9克的質(zhì)量完全轉(zhuǎn)化為能量。這什么意思呢，這意味著我們要將1.3萬噸TNT炸藥爆炸釋放出的能量全部收集起來，才能在理論上轉(zhuǎn)化出0.9克的質(zhì)量。

所以，愛因斯坦的質(zhì)能公式在現(xiàn)有的科學(xué)邊界內(nèi)是完全正確的。當(dāng)然，現(xiàn)階段我們幾乎做不到大規(guī)模地將能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，但是在不遠(yuǎn)的將來，我們一定可以發(fā)明出效率極高的質(zhì)能轉(zhuǎn)化機(jī)器。