弄潮科學

質能方程

其實關於這個問題，也就是能量到物質的轉變，無論是在宇宙中，還是在人類的實踐都實現過了。但是要了解這個問題，我們要從最本質的問題出發，那就是愛因斯坦的狹義相對論。話說在1905年，愛因斯坦提出了4個具有開創性的科學理論。

其中被我們稱為狹義相對論的是後兩篇，在第一篇中，愛因斯坦統一了時間和空間。而在後一篇中，愛因斯坦統一了能量和質量。但是愛因斯坦對於能量與質量的統一是和大多數人理解得不一樣的。我們平時常常會聽到“質量轉化為能量”這樣的用法，其實這個說法並不準確。在這篇論文中，愛因斯坦提出的統一思想是這樣的，他認為

我們可以用一個例子來理解質量和能量。這就好比你有一筆錢，你可以把這筆錢都換成人民幣，你可以都換成美金。無論你是用人民幣還是用美金，其實你擁有的這筆錢的價值是不變的。而質量就好比這裡的人民幣，能量就好比這裡的美金，一定的人民幣的價值是等效於一定價值的美金的。但是如果你花了其中的一些錢，無論是你用人民幣還是美金都是減少了。

所以，我們才會說，能量裡還有質量，質量裡還有能量

那能量又是如何實現和物質之間的轉化的呢？

宇宙大爆炸

我們都知道物質其實是粒子構成的，比如：夸克，電子等。而宇宙其實起源於138億年前的一場大爆炸。

今年，獲得諾貝爾獎的吉姆·皮布爾斯其實就是相關方面的研究者。他和一批傑出的科學家一起完成了標準宇宙學模型，而這個模型就是基於大爆炸理論建立起來的。

而宇宙大爆炸初期，溫度特別高，當時幾乎沒有什麼物質粒子，主要就是電磁波，也就是我們說的光子。不過這個時候的光子和我們平時常見的光子是有很大區別的。這時候的光子應該叫做高能光子，也就是具有非常高能量的光子。

我們都知道，物質都有自己的反物質，比如：電子的反物質就是正電子，質子的反物質就是反質子。光子的反物質其實是它本身。而正物質和反物質碰撞之後會發生湮滅。

當然，你可能要問了，真的存在“反物質”麼？實際上，科學家還真的發現了，在高能的宇宙射線就找到過，而且科學家在實驗室裡也實現過。

那光子和自己的反物質“光子”碰撞會如何呢？常識告訴我們並不會有什麼。但實際上，這種觀念是錯的。這是因為我們平時生活的環境溫度相對低。如果在超級高溫的情況下，比如：幾十億度時，那情況就不一樣了。科學家發現，光子碰撞前，如果它們所具有的的能量要大於一對電子所具有的能量，碰撞之後可以產生一對正反電子，而這對應的溫度就是59.3億度。（我們把可以形成某種粒子的溫度叫做閾值溫度。）不同的粒子其實具有不同的閾值溫度。

如果光子的能量要稍微多一些，那這些能量就會轉化為粒子運動的能量。因此，在大爆炸初期，物質粒子就是光子這樣碰撞出來的。

實驗中實現過麼？

實際上也確實有，人類在高溫的征途上也確實做了不少，美國原子能委員會擁有一臺質子對撞設備，叫做相對論重離子對撞機。它可以把任意的原子核加速到十分接近於光速，然後實現對撞，這產生的能量能達到1萬億度的黑體輻射的水平。只不過，這個過程很短暫。但這還不是最猛的。

歐洲核子研究中心擁有一臺大型強子對撞機，這臺設備不斷升級，只是為了找到上帝粒子“希格斯玻色子”，在執行任務過程中，他們做到了局部溫度相當於10萬億度的黑體輻射的水平。

但無論是上面的哪一個，所能維持的時間都很短，也確實產生了些許的電子。但沒有辦法實現大規模地創造物質粒子。

最後，我們來總結一下，只要溫度給夠，高能光子的碰撞是可以產生物質粒子的。如今宇宙中的物質就是在宇宙早期溫度還很高時形成的。至於人類是否可以做到？目前來說，科學家只能在實驗室當中實現極為短暫的高溫環境。因此，根本沒有辦法大規模地創造物質粒子。

鍾銘聊科學

根據愛因斯坦的質能方程式，物質和能量是等價的，也是可以互相轉化的，物質轉化為能量相對容易，比如原子彈爆炸就是典型的物質轉化為能量，但是讓能量轉化為物質卻相對難進行多了，這是為什麼呢？

題目中說得其實有點問題，能量並非不可以轉化為物質，只是反應條件很苛刻而已。

著名的物理學家阿爾伯特•愛因斯坦於1905年發表了一篇世界聞名的論文——《物體的慣性取決於其動能嗎？》，根據愛因斯坦的質能方程式E=mc^2，質量和能量兩個看似沒有關聯的物理量是密切相關的。它告訴我們能量和質量在某種情況下可以相互轉化。

例如原子彈爆炸以及核反應就是這個公式的一個體現，它告訴我們質量可以轉化為能量，也就是說將物質轉化為能量。

但是與此同時，將這一公式逆向運用的話，卻沒有那麼容易，將能量轉化為物質，沒有那麼容易實現。至少從這個公式看來，用能量轉化為物質的話需要注入大量的能量，哪怕是轉化為很小質量的物質也需要投入很大的能量。

最開始人類的目光瞄準了電子，於是有科學家提出了用兩個光子對撞然後產生電子和正電子的現象來加以說明。他們的思路是製造一個大型的對撞機用於光子之間的對撞，而不是質子。為了達到這一目的，第一步要做的就是用一束高能激光將電子加速到逼近光速，並讓它撞到一塊金屬板上，這樣它就會產生一束光，而這種光比太陽光要強烈幾億倍。

用同樣的方法制造另一束光，並讓兩束光相交碰撞。在這樣的碰撞中，有一些光子之間的碰撞，為有效碰撞，也就是說碰撞之後可以形成電子，以及電子的反物質粒子——正電子。所以說，這麼一個實驗，就是直接利用光，也就是能量轉化為物質的實例。

當然，除了這個方法之外，其它的一些例子也有，比如說在原子核的庫侖引力場作用下，高能伽馬光子的能量總是大於電子靜能量的兩倍，但是它卻可以在原子核的附近轉化為兩個電子，這也是一個案例。還有，宇宙誕生於一場大爆炸，而大爆炸本身就是一場巨大的能量轉化為物質的過程，大爆炸產生了大量的正反物質，同時也釋放出了大量的能量。另外，凡是吸熱反應，本質上也是在利用能量轉化為物質，只不過這裡的物質在化學反應中是以化學鍵的形式呈現的。

鏡像科普

1905年，愛因斯坦提出了著名的狹義相對論，同時推導出了影響深遠的質能轉換公式E=mc²，於是有人根據它這一公式製造出了能量巨大的核彈。

我們知道宇宙誕生於138億年前的奇點爆炸，爆炸後產生了無限的能量，這能量最後轉化成了各種物質。

其實現實中，物質轉化能量也處處可見。如煤炭轉化為能量、動物獲取食物得到能量、利用水獲得電能。

質能轉換公式指明瞭能量與物質可以相互轉換。那為什麼常常會看到物質轉換為能量，而很少看到能量轉換為物質呢？

這是因為能量轉換為物質，往往需要比物質轉換為能量還要更多的能量。

據資料顯示，1克物質約能產生2200億千卡能量，而根據質能公式，也能通過這2200億千卡的能量生成1克物質。

首先由於物質在轉換為能量的過程非常短暫，人們又很難在短時間內釋放如此多的能量。因此，以目前的技術，想要將能量轉換為物質是非常艱難的。

其次能量轉換為物質的時候往往需要更多的能量。像宇宙誕生，就是因為奇點爆炸時產生了遠超物質所需的能量，才有了宇宙各種物質的形成。

就算人類將能量轉換為物質，也無法做到不讓物質逸散。

但是人類的發展是沒有上限的，相信未來人類，實現將能量轉換為物質的設想，那時，人類會憑藉先進的科技達到更發達的宇宙文明等級，探索宇宙更多的秘密。

弄潮科學

能量不能憑空產生，也不能憑空消失，不同能量之間可以互相轉化。能量守恆定律肯定是對的，但對的也不一定能使能量輕易變成物質質量。當然能量都對應著質量，這從愛因斯坦的質能關係式中可以看出。

從質量轉化為能量的實質顯示其轉化的不易

典型的質量轉化為能量的例子就是核變反應。

無論是原子彈的重核裂變，還是氫彈的輕氦聚變，都伴隨著質量虧損，人們用愛因斯坦的質能關係式ΔE=ΔmC²，來計算虧損的質量轉化成了多少能量。先不說到底是不是質量轉化為了能量，咱先說說核變反應的不易，首先要開採鈾、鈈等核裂變材料，它們是極為稀有的放射性金屬元素，鈾元素在地殼中的平均含量只有百萬分之二，只少數國家有儲量，屬於戰略物資。

另外，所謂出現“質量虧損”的核變反應，實際上反應前後，構成原子核的質子和中子的數量和種類一樣沒少，減少的是核子（質子和中子）之間以及組成核子的三個夸克之間傳遞強相互作用的膠子形成的束縛質量，

能量轉化為質量更是難上加難

至於能量轉化為質量就更難了，因為這需要超高能和超高輻射溫度。經研究計算結果，由能量生成一個電子需要的閾值溫度為62億度，而生成一個質子需要10萬億度。人工雖然可以創造數萬億度，比如說美國相對論重離子加速器2010年時曾創造4萬億攝氏度，

在自然環境中，只有宇宙大爆炸初期才具有那麼高的溫度，太陽內部核心溫度只有一千多萬度，這意味著絕大部分物質都應該是在宇宙誕生之初產生的。事實也的確如此，根據宇宙大爆炸理論，

在宇宙誕生之初的普朗克時間內（10^-44秒數量級），隨著宇宙的暴脹，溫度從最高普朗克溫度（1.416833x10^32K）開始下降，不過這時沒有任何物質粒子產生，只有輻射。在10^-43秒時，比夸克和電子更基本的粒子產生了，在10^-34秒時，溫度也下降到10^27K，這時夸克和電子產生了。

從上面的敘述可以看出，能量生成物質的最低溫度至少需要10億度以上，我們人類目前沒有辦法創造像宇宙大爆炸初期的環境，因此到目前為止，人工還沒有辦法能大規模生成（1克以上）物質。
目

物原愛牛毛1

在200年前，能量與質量是兩個截然不同的概念。前者是運動的，服從熱力學定律，具有熵增的特性；而後者是靜止的，服從經典力學，其本身的存在是熵減小的結果。在當時，能量與質量是分別各自守恆的。

然而，隨著原子的衰變被發現，人們意識到能量與質量是可以轉換的。於是，能量守恆定律和質量守恆定律，被質能守恆定律所取代，使人類的認識獲得了進一步的統一。

1905年，愛因斯坦通過對光電效應的分析，認為光的本性是粒子，並由此推導出質能轉換公式，從而在定量上確定了能量與質量的轉換比例。

既然能量與質量在本質上是相同的，那麼為什麼我們看見的往往是質量轉化為能量，卻很少見到能量轉化為質量呢？

比如，原子核的聚變或裂變，都會減少質量並釋放出能量。但是，藉助粒子的轟擊使能量轉變為質量卻是比較困難的。而且，即便是形成了高質量的粒子，也會在極短的時間內衰變回低質量的粒子，又重新將能量釋放了出來。

由於我們的宇宙是由量子構成的，所以宇宙的本質是量子的運動。離散的基態量子構成空間，受到激發的量子是能量，由高能量子組成的封閉體系就是物質。

因此，能量是量子運動能力的度量，質量是被封閉的量子關於其空間效應的度量。

由於粒子開放運動的路徑遠多於粒子封閉運動的路徑，所以從概率上來說，物體以能量的形式存在是大概率事件。

這就是為什麼我們看到物質轉化為能量的事件遠遠多於能量轉化為質量的事件。後者的形成是需要特定條件的。

比如，藉助葉綠素，植物🌳可以進行光合作用，將太陽🌞能轉化為植物的生長。

此外，當宇宙的膨脹速度遠大於宇宙內部傳播的速度時，宇宙只能通過將局部高能封閉起來以實現其內部空間的平衡。

只就是物質大規模生成的原因。一旦宇宙膨脹的速度小於其內部傳播的速度，宇宙非但不再生成物質，已經產生的物質也會逐漸地解體還原為能量。從這個意義上來說，物質是宇宙演化過程中，為了平衡，而臨時生成的能量緩釋器。

總之，雖然能量與質量在本質上是相同的，它們是可以互換的，但是其具體的轉換方向，是由其外部環境決定的。

淡漠乾坤

提問很是沒水平，能量守恆是一回事，利用能量轉化物質是另一回事！

我們知道，地球上沒有自然鋁金屬存在，但鋁金屬是我們生產、生活又在大量使用的，生產金屬鋁，普遍採用的方法就是“電解鋁”，就是氧化鋁再電解！

化學元素週期表裡面最後幾個元素，自然界不可能存在，就是科學家利用能量，聚變生成的。

我舉這倆例子，就說明了人類是在利用能量轉化物質的！

先人性後理性

如果能量守恆定律是對的，人類為什麼不能用能量轉化物質？

能量守恆定律是一個系統的總能量的改變只能等於傳入或者傳出該系統的能量的多少。總能量為系統的機械能、熱能及除熱能以外的任何內能形式的總和。

其實我們周圍存在著各種各樣的能量：熱能、風能、固體能量、寒冷、雨水、雪花、水能等等一切都是能量表現的一種，現在人類的科技也只能把各種能量進行轉換為人類可用的電力和動力，比如把固體化石能源通過熱能轉換為電能；風能通過動力轉換為電能；水壩衝擊通過動力轉換為電能等等，現代人類需求的基礎能量為電力，且電力還不能進行大量儲存，只能做到即時即用的狀態。其實社會中還存在一些能量轉換為物質，比如酒精可以做成固體、液化氣可以壓縮成固體燃料等等。這是科技發展的一個現象，人類社會現狀需求的能量，必須是從其他能量轉換過來。

未來隨著人類的科技的發展，電力能量會得到大量儲存，當電能進行壓縮固體保持的時候，會發生質變，使其電能成為電能塊或能量塊，人類的能量運用也會得到提升，電能塊就是一種物質狀態，可做快放的效果。

按照能量守恆定律一切物質都是可以互相轉化，只是現階段人類科技的限制，有些能量是無法轉換為物質，未來隨著科技發展定會做到能量轉化物質的條件。個人拙見

木渡頭

答：狹義上理解，能量和物質是分開的，兩者可以相互轉化，比如兩個高能光子相碰，就有可能產生正負電子對；廣義上理解，能量和物質則是統一的。

在核聚變與核裂變中，質量發生虧損，然後釋放巨大的能量，這也是氫彈與原子彈的爆炸原理，理論上說相反過程的反應也是可以進行的，但是難度非常大。

愛因斯坦的狹義相對論描述到，質量和能量可以相互轉化，也就是大名鼎鼎的質能方程，微小的質量可以轉化為巨大的能量，比如在廣島原子彈中，質量虧損還不到1克。

相反，能量也是可以轉化為質量的，在宇宙大爆炸初，所有物質都是能量轉化而來。

以上是對能量和質量狹義的理解，如果我們繼續深究，那麼請問何為能量？何為物質？兩者的區別又是什麼呢？

如果說有質量的就是物質，那麼光子不具備靜止質量，但是擁有動質量，在一些場合，我們可以把光子看做純能量，比如在光合反應中，光子就代表著光能；而在量子力學的一些場合，光子又看做基本粒子，也就是實實在在的物質。

如果我們深刻理解質能方程，就會得知質量和能量是統一的，兩者是同一事物的兩面，或者說能量才是本源，質量只不過是能量的一種屬性而已；比如在廣義相對論中，能量和動量的分佈決定了空間如何彎曲，而不是考慮質量的分佈。

其實，任何時候有能量的相互轉化，本質上就有質能轉化，不僅僅限於核反應；比如氫氣的燃燒過程會釋放大量熱量，表面上是化學能轉化為熱能，其實也是發生了微小的質能虧損，只是質能虧損率太小而已。

我的內容就到這裡，喜歡我們文章的讀者朋友，記得點擊關注我們——艾伯史密斯！

艾伯史密斯

沒人說不可以，只是你還沒找到方法而已！

你所謂的能量可能是熱能電能等等一些不可見的但是又確實存在的能量！我舉個很簡單很容易理解的例子：

氫氣在氧氣中燃燒產生熱能，但這是一個反應過程，你不能簡單的說把熱能逆變為氫氣和氧氣…

2H2+O2=2H2O +熱量

你要把熱量轉變回H2和O2，很簡單！

電解水即可把水恢復到H2和O2，這裡利用了電能，難道你沒發現這個反應裡電能是消失了麼？

以上反應並不是能量單獨的作用，即能量和物質密不可分，能量不會單獨存在！

在物質的變化過程中，能量只是副產物，主產物依然是物質！而且能量守恆也不是你這麼理解的！

例子中一個靠的是燃燒一個靠的是電能！也就是當你在物質面想要能量，你必然需要一把鑰匙，而這個鑰匙就是燃燒，鑰匙能打開熱能之門！同樣的，等你到了熱能這一面，想要恢復回去到物質面，你必然也需要一把鑰匙，而這把鑰匙就變成了電能！

燃燒產生能量，電解消耗能量！只不過兩者的能量屬性不同，但他們確實都是能量！那麼這樣你可以簡單的理解成物質變能量，能量變物質！

當然，實際上更復雜，只是我覺得這樣說容易理解一點，不談高深的，只談大概易懂的！

魔騎士50186166

樓主問的應該是純粹的能量等價轉換為物質的靜止質量吧？以我的理解，首先排除類似於植物生長光合作用之類的過程，自然界中能量轉化為質量的例子不多，可能你會比較失望，這裡還是說一下吧，首先一個是光子，太陽輻射的能量變成光子，光子沒有靜止質量，只有動質量，其次是相對論性的近光速增加的相對質量，特別的，速度越接近光速，質量越接近無窮大，現代理論認為物質是通過與真空中的希格斯場作用而獲得質量，因此通過近光速獲得的質量不能變為靜止質量，因為這類動能沒有穩定的粒子結構來通過希格斯場獲得靜止質量，再有就是真空中的量子漲落會生成虛粒子對，這種粒子是靜止質量，但是由於其同樣需要遵守電荷守恆定律，所以產生後很快便會湮滅變為能量，你可以理解為這種粒子是從真空借的質量，生成後便要很快歸還，然後就是強核子中的膠子，膠子是純能量，但他佔原子核質量大約為93%，至於為什麼人類不能用能量轉換為質量，你也可以理解為熵，熵的概念是:一個系統越有序，熵越低，越無序，熵越高，系統總是趨向於從低熵態變為高熵態，如果一個系統從低熵態變為高熵態，要想讓其恢復到低熵態，就必須外力干擾，比如一杯混合均勻的鹽水，要想把鹽和水分開，我們就必須進行蒸餾，或者降低溫度讓鹽析出等等，在所有條件不變的情況下，鹽不會主動和水分開，這說明要改變一個系統的熵必須滿足兩個條件，一個是有合適的方法，另一個就是有足夠的能量，顯然對於能量變為質量來說，這兩個條件現在基本都不滿足，或許以後會有方法吧

關鍵字: 愛因斯坦 質能 科學