質能關係式

質能關係式，是愛因斯坦相對論的一個重要結論。

E = mc²（讀作E等於mc平方，亦稱為質能轉換公式、質能方程）是一種闡述能量（E）與質量（m）間相互關係的理論物理學公式，公式中的c是物理學中代表光速的常數。

基本介紹

• 中文名：質能關係式
• 外文名：Qualitative energy relationship
• 出處：愛因斯坦相對論
• 學科：物理
• 定義：表明物體的質量m跟其能量的關係

簡介

愛因斯坦相對論的一個重要結論。表明物體的質量m跟其能量E之間存在的一定關係，即

其中，c為真空中的光速。

若物體的能量增加(或減少)δE，則其質量也相應增加(或減少)δm。

質能關係式的含義

該公式表明物體相對於一個參照系靜止時仍然有能量，這是違反牛頓系統的，因為在牛頓系統中，靜止物體是沒有能量的。這就是為什麼物體的質量被稱為靜止質量。公式中的E可以看成是物體總能量，它與物體總質量（該質量包括靜止質量和運動所帶來的質量）成正比，只有當物體靜止時，它才與物體的（靜止）質量（牛頓系統中的質量）成正比。這也表明物體的總質量和靜止質量不同。

反過來講，一束光子在真空中傳播，其靜止質量是0，但由於它們有運動能量，因此它們也有質量。

意義

在狹義相對論里，這一公式表明能量和質量有比例關係，可等價描述，現今夸克等物質即以eV（電子伏特）此能量單位為常用單位。雖然很多人並不確切的知道這個公式的真實含義，但它已經成為人類歷史上最有名的公式之一，並成為文化的一部分。有人認為這一公式直接導致了核子彈的設計和製造，但事實上質能轉換公式對於原子理論和核子彈的設計和製造並無任何的直接或間接促進作用，而僅僅是後人用來解釋核子彈原理的解釋工具之一。

背景及其影響

這個關係式源於阿爾伯特·愛因斯坦對於物體慣性和它自身能量關係的研究。研究的著名結論就是物體質量實際上就是它自身能量的量度。為了便於理解此關係的重要性，可以比較一下電磁力和引力。電磁學理論認為，能量包含於與力相關而與電荷無關的場（電場和磁場）中。在萬有引力理論中，能量包含於物質本身。因此物質質量能夠使時空扭曲，但其它三種基本相互作用（電磁相互作用，強相互作用，弱相互作用）的粒子卻不能，這並不是偶然的。

這個方程對於核子彈的發展是關鍵性的。通過測量不同原子核的質量和那個數量的獨立質子和中子的質量和的差，可以得到原子核所包含的結合能的估計值。這不僅顯示可能通過輕核的核聚變和重核的核裂變釋放這個結合能，也可用於估算會釋放的結合能的量。注意質子和中子的質量還在那裡，它們也代表了一個能量值。

一個著名的花絮是愛因斯坦最初將方程寫為dm = L/c²（用了一個“L”，而不是“E”來表示能量，而E在其它地方也用來表示能量）。

一千克物質完全等價於

• 89,875,517,873,681,764焦耳
• 大約21,470,501,160,000卡路里
• 24,965,421,632千瓦時
• 21.48076431百萬噸TNT
• 大約0.0851900643 Quads（千兆英熱單位）

重要的是要注意實際的靜質量到能量的轉換不大可能是百分之百有效的。一個理論上完美的轉化是物質和反物質的湮滅；對於多數情況，轉換會有很多含靜質量的副產品，因而只有少量的靜質量真正被轉換成能量。在該方程中，質量就是能量，但是為了簡明起見，轉換這個詞常常被用於代替質能等價關係，實際上通常所指的一般是靜質量和能量的轉換。

質能關係式的可套用性

E=mc²適用於所有有質量的物體，因為它是質量由能量導出的斷言，或者說能量由質量導出的論斷，而兩者可以互相取代。它對運動物體的套用依賴於方程中使用的質量的定義。

通常，該方程用於相對於物體不動的參考點。但是同樣的物體從另外一個參照系來看可以是運動的，所以，對於這個參照系，該方程表示質量是不同的。

從現代物理的觀點來看，這個方程表示物質和能量是同一個概念。