质能方程的由来
要了解这个问题，我们就要先把质能方程搞明白。或者说，我们应该搞明白的是物质、质量和能量这三者的关系。
这要从1905年说起了，这一年是爱因斯坦人生当中最高光的时刻了。在这一年，爱因斯坦接连发表了多篇开创性论文。（都是超越诺奖级的发现）其中，最后两篇后来被我们统称为狭义相对论。
质能方程就是发表在这一年的最后一篇论文当中。所以，要理解质能方程的前提，就得先搞清楚狭义相对论到底是咋回事？
那我们就得把时间轴继续往前推，在爱因斯坦之前，科学家界出现了两场巨大的危机，分别是：以太和黑体辐射。
后者催生了量子力学，而前者就催生了相对论。所谓的“以太”其实是科学家假想出来的一个东西。具体来说问题就出在了光速上了，在牛顿力学中并不存在绝对的速度，也就是说，不存在在任何惯性坐标系下都跑得一样快的情况。可偏偏麦克斯韦提出的麦克斯韦方程求出来的光速是没有参考系的，也就是说，麦克斯韦理论推导出来的光速在任何惯性参考系下速度应该都一样，两者也就是相互矛盾了。
于是，科学家就假定了有“以太”是光传递的介质，以此来消除这个矛盾，可惜，许多科学家通过各种实验，最终证明了“以太”并不存在，其中比较有名的就是迈克尔孙莫雷实验。
而此时很多科学家都很纳闷，想不出到底哪出了问题。这时候爱因斯坦就在牛顿和麦克斯韦的基础上，从双方的理论体系中提炼出了两条基本假设：
相对性原理光速不变原理并仅用这两条搭建了整个狭义相对论的理论框架，整个过程有点类似于我们初中在做几何推理题。也从这时候开始，爱因斯坦颠覆了人类关于运动的认识，他发现，运动会改变一个运动物体的时间和空间，以此提出了时间膨胀和尺缩效应，并且发表了一篇论文。
后来他继续深挖，于是他又发现，运动还会改变一个物体的质量，并且通过动能定理求解，得到了质能方程。
但是得到了方程并不代表就能懂得其中的物理学含义。那该如何理解呢？
其实这部分的理解是关于相对论最大的误区，在许多科普中在描述原子弹爆炸时，都会说“质量转化了能量”。发现没有？这里直接描述成了转换关系。但是，我们要知道，爱因斯坦的这篇论文可是叫做《质能等价》，他要表述质是等价关系。也就是说，质量和能量其实是一回事，是一个物体的两个面，质量里有能量，能量里有质量，质能方程只是描述了它们之间的对应关系。（由于这个误区的根深蒂固，所以现在讲述这部分的大学教材都在着重强调，不信，你可以随意翻一本讲了质能方程的大学教材。）
也就是说，原子弹爆发，其实是损失了一部分的质量，这部分质量以能量的形式释放出来。如果，我们让一颗原子弹在一个封闭的空间里引爆，这个空间和外界没有任何的能量交换，如果有个理想的秤，我们称量这个封闭空间就会发现，它至始至终是没有发生任何变化的。
了解了这些，我们再回到物质、质量和能量，其实质量和能量都描述了物质，我们可以说物质有多少质量，同时还可以说它含有多少能量。
所以，实际上物理学中的对于能量和质量的定义是和大多数人现象中的不同的，而能量和物质之间的关系也和大多数人想象中的不太一样。
能量和物质
所以，其实很多人纳闷的其实是，所谓的“纯能量”是不是可以转化为所谓“物质”。那我们继续拆解，物质其实是由原子构成的，原子是由电子和原子核构成的，原子核是由质子和中子构成的。当然，再往下还能分到夸克。
也就是说，其实这个问题可以变成所谓的“纯能量”或者我们说“光子”是不是可以转化成“物质粒子”。答案是：可以，只要温度足够高就行。
这其实就和宇宙大爆炸有关，在宇宙大爆炸初期，宇宙的温度很高很高，在那个环境下，光子的能量特别高，当一对光子的能量要高于一对电子和正电子的能量时，这对光子碰撞就可以产生一对电子和正电子，前提是温度达到了60亿度左右。而质子、中子、π介子等粒子也可以通过这个方式得到，只不过所要求的的温度不同，我们管这个温度称为阈值温度。
不过，如果我们仔细看就会发现，是同时产生一堆正反粒子，也就是说，这对正反粒子其实还可以再湮灭转化成“纯能量”。
而我们如今的宇宙是正物质所主导，这是因为在宇宙早期，每10亿对正反粒子对撞，都会留下一个正粒子，不过科学家还没有搞清楚具体的原因。不过，毫不过分地说，如今构成万物的一切粒子都是10亿分之一的幸存者。
