弄潮科学

质能方程

其实关于这个问题，也就是能量到物质的转变，无论是在宇宙中，还是在人类的实践都实现过了。但是要了解这个问题，我们要从最本质的问题出发，那就是爱因斯坦的狭义相对论。话说在1905年，爱因斯坦提出了4个具有开创性的科学理论。

其中被我们称为狭义相对论的是后两篇，在第一篇中，爱因斯坦统一了时间和空间。而在后一篇中，爱因斯坦统一了能量和质量。但是爱因斯坦对于能量与质量的统一是和大多数人理解得不一样的。我们平时常常会听到“质量转化为能量”这样的用法，其实这个说法并不准确。在这篇论文中，爱因斯坦提出的统一思想是这样的，他认为

我们可以用一个例子来理解质量和能量。这就好比你有一笔钱，你可以把这笔钱都换成人民币，你可以都换成美金。无论你是用人民币还是用美金，其实你拥有的这笔钱的价值是不变的。而质量就好比这里的人民币，能量就好比这里的美金，一定的人民币的价值是等效于一定价值的美金的。但是如果你花了其中的一些钱，无论是你用人民币还是美金都是减少了。

所以，我们才会说，能量里还有质量，质量里还有能量

那能量又是如何实现和物质之间的转化的呢？

宇宙大爆炸

我们都知道物质其实是粒子构成的，比如：夸克，电子等。而宇宙其实起源于138亿年前的一场大爆炸。

今年，获得诺贝尔奖的吉姆·皮布尔斯其实就是相关方面的研究者。他和一批杰出的科学家一起完成了标准宇宙学模型，而这个模型就是基于大爆炸理论建立起来的。

而宇宙大爆炸初期，温度特别高，当时几乎没有什么物质粒子，主要就是电磁波，也就是我们说的光子。不过这个时候的光子和我们平时常见的光子是有很大区别的。这时候的光子应该叫做高能光子，也就是具有非常高能量的光子。

我们都知道，物质都有自己的反物质，比如：电子的反物质就是正电子，质子的反物质就是反质子。光子的反物质其实是它本身。而正物质和反物质碰撞之后会发生湮灭。

当然，你可能要问了，真的存在“反物质”么？实际上，科学家还真的发现了，在高能的宇宙射线就找到过，而且科学家在实验室里也实现过。

那光子和自己的反物质“光子”碰撞会如何呢？常识告诉我们并不会有什么。但实际上，这种观念是错的。这是因为我们平时生活的环境温度相对低。如果在超级高温的情况下，比如：几十亿度时，那情况就不一样了。科学家发现，光子碰撞前，如果它们所具有的的能量要大于一对电子所具有的能量，碰撞之后可以产生一对正反电子，而这对应的温度就是59.3亿度。（我们把可以形成某种粒子的温度叫做阈值温度。）不同的粒子其实具有不同的阈值温度。

如果光子的能量要稍微多一些，那这些能量就会转化为粒子运动的能量。因此，在大爆炸初期，物质粒子就是光子这样碰撞出来的。

实验中实现过么？

实际上也确实有，人类在高温的征途上也确实做了不少，美国原子能委员会拥有一台质子对撞设备，叫做相对论重离子对撞机。它可以把任意的原子核加速到十分接近于光速，然后实现对撞，这产生的能量能达到1万亿度的黑体辐射的水平。只不过，这个过程很短暂。但这还不是最猛的。

欧洲核子研究中心拥有一台大型强子对撞机，这台设备不断升级，只是为了找到上帝粒子“希格斯玻色子”，在执行任务过程中，他们做到了局部温度相当于10万亿度的黑体辐射的水平。

但无论是上面的哪一个，所能维持的时间都很短，也确实产生了些许的电子。但没有办法实现大规模地创造物质粒子。

最后，我们来总结一下，只要温度给够，高能光子的碰撞是可以产生物质粒子的。如今宇宙中的物质就是在宇宙早期温度还很高时形成的。至于人类是否可以做到？目前来说，科学家只能在实验室当中实现极为短暂的高温环境。因此，根本没有办法大规模地创造物质粒子。

钟铭聊科学

根据爱因斯坦的质能方程式，物质和能量是等价的，也是可以互相转化的，物质转化为能量相对容易，比如原子弹爆炸就是典型的物质转化为能量，但是让能量转化为物质却相对难进行多了，这是为什么呢？

题目中说得其实有点问题，能量并非不可以转化为物质，只是反应条件很苛刻而已。

著名的物理学家阿尔伯特•爱因斯坦于1905年发表了一篇世界闻名的论文——《物体的惯性取决于其动能吗？》，根据爱因斯坦的质能方程式E=mc^2，质量和能量两个看似没有关联的物理量是密切相关的。它告诉我们能量和质量在某种情况下可以相互转化。

例如原子弹爆炸以及核反应就是这个公式的一个体现，它告诉我们质量可以转化为能量，也就是说将物质转化为能量。

但是与此同时，将这一公式逆向运用的话，却没有那么容易，将能量转化为物质，没有那么容易实现。至少从这个公式看来，用能量转化为物质的话需要注入大量的能量，哪怕是转化为很小质量的物质也需要投入很大的能量。

最开始人类的目光瞄准了电子，于是有科学家提出了用两个光子对撞然后产生电子和正电子的现象来加以说明。他们的思路是制造一个大型的对撞机用于光子之间的对撞，而不是质子。为了达到这一目的，第一步要做的就是用一束高能激光将电子加速到逼近光速，并让它撞到一块金属板上，这样它就会产生一束光，而这种光比太阳光要强烈几亿倍。

用同样的方法制造另一束光，并让两束光相交碰撞。在这样的碰撞中，有一些光子之间的碰撞，为有效碰撞，也就是说碰撞之后可以形成电子，以及电子的反物质粒子——正电子。所以说，这么一个实验，就是直接利用光，也就是能量转化为物质的实例。

当然，除了这个方法之外，其它的一些例子也有，比如说在原子核的库仑引力场作用下，高能伽马光子的能量总是大于电子静能量的两倍，但是它却可以在原子核的附近转化为两个电子，这也是一个案例。还有，宇宙诞生于一场大爆炸，而大爆炸本身就是一场巨大的能量转化为物质的过程，大爆炸产生了大量的正反物质，同时也释放出了大量的能量。另外，凡是吸热反应，本质上也是在利用能量转化为物质，只不过这里的物质在化学反应中是以化学键的形式呈现的。

镜像科普

1905年，爱因斯坦提出了著名的狭义相对论，同时推导出了影响深远的质能转换公式E=mc²，于是有人根据它这一公式制造出了能量巨大的核弹。

我们知道宇宙诞生于138亿年前的奇点爆炸，爆炸后产生了无限的能量，这能量最后转化成了各种物质。

其实现实中，物质转化能量也处处可见。如煤炭转化为能量、动物获取食物得到能量、利用水获得电能。

质能转换公式指明了能量与物质可以相互转换。那为什么常常会看到物质转换为能量，而很少看到能量转换为物质呢？

这是因为能量转换为物质，往往需要比物质转换为能量还要更多的能量。

据资料显示，1克物质约能产生2200亿千卡能量，而根据质能公式，也能通过这2200亿千卡的能量生成1克物质。

首先由于物质在转换为能量的过程非常短暂，人们又很难在短时间内释放如此多的能量。因此，以目前的技术，想要将能量转换为物质是非常艰难的。

其次能量转换为物质的时候往往需要更多的能量。像宇宙诞生，就是因为奇点爆炸时产生了远超物质所需的能量，才有了宇宙各种物质的形成。

就算人类将能量转换为物质，也无法做到不让物质逸散。

但是人类的发展是没有上限的，相信未来人类，实现将能量转换为物质的设想，那时，人类会凭借先进的科技达到更发达的宇宙文明等级，探索宇宙更多的秘密。

弄潮科学

能量不能凭空产生，也不能凭空消失，不同能量之间可以互相转化。能量守恒定律肯定是对的，但对的也不一定能使能量轻易变成物质质量。当然能量都对应着质量，这从爱因斯坦的质能关系式中可以看出。

从质量转化为能量的实质显示其转化的不易

典型的质量转化为能量的例子就是核变反应。

无论是原子弹的重核裂变，还是氢弹的轻氦聚变，都伴随着质量亏损，人们用爱因斯坦的质能关系式ΔE=ΔmC²，来计算亏损的质量转化成了多少能量。先不说到底是不是质量转化为了能量，咱先说说核变反应的不易，首先要开采铀、钚等核裂变材料，它们是极为稀有的放射性金属元素，铀元素在地壳中的平均含量只有百万分之二，只少数国家有储量，属于战略物资。

另外，所谓出现“质量亏损”的核变反应，实际上反应前后，构成原子核的质子和中子的数量和种类一样没少，减少的是核子（质子和中子）之间以及组成核子的三个夸克之间传递强相互作用的胶子形成的束缚质量，

能量转化为质量更是难上加难

至于能量转化为质量就更难了，因为这需要超高能和超高辐射温度。经研究计算结果，由能量生成一个电子需要的阈值温度为62亿度，而生成一个质子需要10万亿度。人工虽然可以创造数万亿度，比如说美国相对论重离子加速器2010年时曾创造4万亿摄氏度，

在自然环境中，只有宇宙大爆炸初期才具有那么高的温度，太阳内部核心温度只有一千多万度，这意味着绝大部分物质都应该是在宇宙诞生之初产生的。事实也的确如此，根据宇宙大爆炸理论，

在宇宙诞生之初的普朗克时间内（10^-44秒数量级），随着宇宙的暴胀，温度从最高普朗克温度（1.416833x10^32K）开始下降，不过这时没有任何物质粒子产生，只有辐射。在10^-43秒时，比夸克和电子更基本的粒子产生了，在10^-34秒时，温度也下降到10^27K，这时夸克和电子产生了。

从上面的叙述可以看出，能量生成物质的最低温度至少需要10亿度以上，我们人类目前没有办法创造像宇宙大爆炸初期的环境，因此到目前为止，人工还没有办法能大规模生成（1克以上）物质。
目

物原爱牛毛1

在200年前，能量与质量是两个截然不同的概念。前者是运动的，服从热力学定律，具有熵增的特性；而后者是静止的，服从经典力学，其本身的存在是熵减小的结果。在当时，能量与质量是分别各自守恒的。

然而，随着原子的衰变被发现，人们意识到能量与质量是可以转换的。于是，能量守恒定律和质量守恒定律，被质能守恒定律所取代，使人类的认识获得了进一步的统一。

1905年，爱因斯坦通过对光电效应的分析，认为光的本性是粒子，并由此推导出质能转换公式，从而在定量上确定了能量与质量的转换比例。

既然能量与质量在本质上是相同的，那么为什么我们看见的往往是质量转化为能量，却很少见到能量转化为质量呢？

比如，原子核的聚变或裂变，都会减少质量并释放出能量。但是，借助粒子的轰击使能量转变为质量却是比较困难的。而且，即便是形成了高质量的粒子，也会在极短的时间内衰变回低质量的粒子，又重新将能量释放了出来。

由于我们的宇宙是由量子构成的，所以宇宙的本质是量子的运动。离散的基态量子构成空间，受到激发的量子是能量，由高能量子组成的封闭体系就是物质。

因此，能量是量子运动能力的度量，质量是被封闭的量子关于其空间效应的度量。

由于粒子开放运动的路径远多于粒子封闭运动的路径，所以从概率上来说，物体以能量的形式存在是大概率事件。

这就是为什么我们看到物质转化为能量的事件远远多于能量转化为质量的事件。后者的形成是需要特定条件的。

比如，借助叶绿素，植物🌳可以进行光合作用，将太阳🌞能转化为植物的生长。

此外，当宇宙的膨胀速度远大于宇宙内部传播的速度时，宇宙只能通过将局部高能封闭起来以实现其内部空间的平衡。

只就是物质大规模生成的原因。一旦宇宙膨胀的速度小于其内部传播的速度，宇宙非但不再生成物质，已经产生的物质也会逐渐地解体还原为能量。从这个意义上来说，物质是宇宙演化过程中，为了平衡，而临时生成的能量缓释器。

总之，虽然能量与质量在本质上是相同的，它们是可以互换的，但是其具体的转换方向，是由其外部环境决定的。

淡漠乾坤

提问很是没水平，能量守恒是一回事，利用能量转化物质是另一回事！

我们知道，地球上没有自然铝金属存在，但铝金属是我们生产、生活又在大量使用的，生产金属铝，普遍采用的方法就是“电解铝”，就是氧化铝再电解！

化学元素周期表里面最后几个元素，自然界不可能存在，就是科学家利用能量，聚变生成的。

我举这俩例子，就说明了人类是在利用能量转化物质的！

先人性后理性

如果能量守恒定律是对的，人类为什么不能用能量转化物质？

能量守恒定律是一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。总能量为系统的机械能、热能及除热能以外的任何内能形式的总和。

其实我们周围存在着各种各样的能量：热能、风能、固体能量、寒冷、雨水、雪花、水能等等一切都是能量表现的一种，现在人类的科技也只能把各种能量进行转换为人类可用的电力和动力，比如把固体化石能源通过热能转换为电能；风能通过动力转换为电能；水坝冲击通过动力转换为电能等等，现代人类需求的基础能量为电力，且电力还不能进行大量储存，只能做到即时即用的状态。其实社会中还存在一些能量转换为物质，比如酒精可以做成固体、液化气可以压缩成固体燃料等等。这是科技发展的一个现象，人类社会现状需求的能量，必须是从其他能量转换过来。

未来随着人类的科技的发展，电力能量会得到大量储存，当电能进行压缩固体保持的时候，会发生质变，使其电能成为电能块或能量块，人类的能量运用也会得到提升，电能块就是一种物质状态，可做快放的效果。

按照能量守恒定律一切物质都是可以互相转化，只是现阶段人类科技的限制，有些能量是无法转换为物质，未来随着科技发展定会做到能量转化物质的条件。个人拙见

木渡头

答：狭义上理解，能量和物质是分开的，两者可以相互转化，比如两个高能光子相碰，就有可能产生正负电子对；广义上理解，能量和物质则是统一的。

在核聚变与核裂变中，质量发生亏损，然后释放巨大的能量，这也是氢弹与原子弹的爆炸原理，理论上说相反过程的反应也是可以进行的，但是难度非常大。

爱因斯坦的狭义相对论描述到，质量和能量可以相互转化，也就是大名鼎鼎的质能方程，微小的质量可以转化为巨大的能量，比如在广岛原子弹中，质量亏损还不到1克。

相反，能量也是可以转化为质量的，在宇宙大爆炸初，所有物质都是能量转化而来。

以上是对能量和质量狭义的理解，如果我们继续深究，那么请问何为能量？何为物质？两者的区别又是什么呢？

如果说有质量的就是物质，那么光子不具备静止质量，但是拥有动质量，在一些场合，我们可以把光子看做纯能量，比如在光合反应中，光子就代表着光能；而在量子力学的一些场合，光子又看做基本粒子，也就是实实在在的物质。

如果我们深刻理解质能方程，就会得知质量和能量是统一的，两者是同一事物的两面，或者说能量才是本源，质量只不过是能量的一种属性而已；比如在广义相对论中，能量和动量的分布决定了空间如何弯曲，而不是考虑质量的分布。

其实，任何时候有能量的相互转化，本质上就有质能转化，不仅仅限于核反应；比如氢气的燃烧过程会释放大量热量，表面上是化学能转化为热能，其实也是发生了微小的质能亏损，只是质能亏损率太小而已。

我的内容就到这里，喜欢我们文章的读者朋友，记得点击关注我们——艾伯史密斯！

艾伯史密斯

没人说不可以，只是你还没找到方法而已！

你所谓的能量可能是热能电能等等一些不可见的但是又确实存在的能量！我举个很简单很容易理解的例子：

氢气在氧气中燃烧产生热能，但这是一个反应过程，你不能简单的说把热能逆变为氢气和氧气…

2H2+O2=2H2O +热量

你要把热量转变回H2和O2，很简单！

电解水即可把水恢复到H2和O2，这里利用了电能，难道你没发现这个反应里电能是消失了么？

以上反应并不是能量单独的作用，即能量和物质密不可分，能量不会单独存在！

在物质的变化过程中，能量只是副产物，主产物依然是物质！而且能量守恒也不是你这么理解的！

例子中一个靠的是燃烧一个靠的是电能！也就是当你在物质面想要能量，你必然需要一把钥匙，而这个钥匙就是燃烧，钥匙能打开热能之门！同样的，等你到了热能这一面，想要恢复回去到物质面，你必然也需要一把钥匙，而这把钥匙就变成了电能！

燃烧产生能量，电解消耗能量！只不过两者的能量属性不同，但他们确实都是能量！那么这样你可以简单的理解成物质变能量，能量变物质！

当然，实际上更复杂，只是我觉得这样说容易理解一点，不谈高深的，只谈大概易懂的！

魔骑士50186166

楼主问的应该是纯粹的能量等价转换为物质的静止质量吧？以我的理解，首先排除类似于植物生长光合作用之类的过程，自然界中能量转化为质量的例子不多，可能你会比较失望，这里还是说一下吧，首先一个是光子，太阳辐射的能量变成光子，光子没有静止质量，只有动质量，其次是相对论性的近光速增加的相对质量，特别的，速度越接近光速，质量越接近无穷大，现代理论认为物质是通过与真空中的希格斯场作用而获得质量，因此通过近光速获得的质量不能变为静止质量，因为这类动能没有稳定的粒子结构来通过希格斯场获得静止质量，再有就是真空中的量子涨落会生成虚粒子对，这种粒子是静止质量，但是由于其同样需要遵守电荷守恒定律，所以产生后很快便会湮灭变为能量，你可以理解为这种粒子是从真空借的质量，生成后便要很快归还，然后就是强核子中的胶子，胶子是纯能量，但他占原子核质量大约为93%，至于为什么人类不能用能量转换为质量，你也可以理解为熵，熵的概念是:一个系统越有序，熵越低，越无序，熵越高，系统总是趋向于从低熵态变为高熵态，如果一个系统从低熵态变为高熵态，要想让其恢复到低熵态，就必须外力干扰，比如一杯混合均匀的盐水，要想把盐和水分开，我们就必须进行蒸馏，或者降低温度让盐析出等等，在所有条件不变的情况下，盐不会主动和水分开，这说明要改变一个系统的熵必须满足两个条件，一个是有合适的方法，另一个就是有足够的能量，显然对于能量变为质量来说，这两个条件现在基本都不满足，或许以后会有方法吧

關鍵字: 能量 科学 爱因斯坦