質能方程的由來
要了解這個問題，我們就要先把質能方程搞明白。或者說，我們應該搞明白的是物質、質量和能量這三者的關係。
這要從1905年說起了，這一年是愛因斯坦人生當中最高光的時刻了。在這一年，愛因斯坦接連發表了多篇開創性論文。（都是超越諾獎級的發現）其中，最後兩篇後來被我們統稱為狹義相對論。
質能方程就是發表在這一年的最後一篇論文當中。所以，要理解質能方程的前提，就得先搞清楚狹義相對論到底是咋回事？
那我們就得把時間軸繼續往前推，在愛因斯坦之前，科學家界出現了兩場巨大的危機，分別是：以太和黑體輻射。
後者催生了量子力學，而前者就催生了相對論。所謂的“以太”其實是科學家假想出來的一個東西。具體來說問題就出在了光速上了，在牛頓力學中並不存在絕對的速度，也就是說，不存在在任何慣性坐標系下都跑得一樣快的情況。可偏偏麥克斯韋提出的麥克斯韋方程求出來的光速是沒有參考系的，也就是說，麥克斯韋理論推導出來的光速在任何慣性參考系下速度應該都一樣，兩者也就是相互矛盾了。
於是，科學家就假定了有“以太”是光傳遞的介質，以此來消除這個矛盾，可惜，許多科學家通過各種實驗，最終證明了“以太”並不存在，其中比較有名的就是邁克爾孫莫雷實驗。
而此時很多科學家都很納悶，想不出到底哪出了問題。這時候愛因斯坦就在牛頓和麥克斯韋的基礎上，從雙方的理論體系中提煉出了兩條基本假設：
相對性原理光速不變原理並僅用這兩條搭建了整個狹義相對論的理論框架，整個過程有點類似於我們初中在做幾何推理題。也從這時候開始，愛因斯坦顛覆了人類關於運動的認識，他發現，運動會改變一個運動物體的時間和空間，以此提出了時間膨脹和尺縮效應，並且發表了一篇論文。
後來他繼續深挖，於是他又發現，運動還會改變一個物體的質量，並且通過動能定理求解，得到了質能方程。
但是得到了方程並不代表就能懂得其中的物理學含義。那該如何理解呢？
其實這部分的理解是關於相對論最大的誤區，在許多科普中在描述原子彈爆炸時，都會說“質量轉化了能量”。發現沒有？這裡直接描述成了轉換關係。但是，我們要知道，愛因斯坦的這篇論文可是叫做《質能等價》，他要表述質是等價關係。也就是說，質量和能量其實是一回事，是一個物體的兩個面，質量里有能量，能量里有質量，質能方程只是描述了它們之間的對應關係。（由於這個誤區的根深蒂固，所以現在講述這部分的大學教材都在着重強調，不信，你可以隨意翻一本講了質能方程的大學教材。）
也就是說，原子彈爆發，其實是損失了一部分的質量，這部分質量以能量的形式釋放出來。如果，我們讓一顆原子彈在一個封閉的空間里引爆，這個空間和外界沒有任何的能量交換，如果有個理想的秤，我們稱量這個封閉空間就會發現，它至始至終是沒有發生任何變化的。
了解了這些，我們再回到物質、質量和能量，其實質量和能量都描述了物質，我們可以說物質有多少質量，同時還可以說它含有多少能量。
所以，實際上物理學中的對於能量和質量的定義是和大多數人現象中的不同的，而能量和物質之間的關係也和大多數人想象中的不太一樣。
能量和物質
所以，其實很多人納悶的其實是，所謂的“純能量”是不是可以轉化為所謂“物質”。那我們繼續拆解，物質其實是由原子構成的，原子是由電子和原子核構成的，原子核是由質子和中子構成的。當然，再往下還能分到夸克。
也就是說，其實這個問題可以變成所謂的“純能量”或者我們說“光子”是不是可以轉化成“物質粒子”。答案是：可以，只要溫度足夠高就行。
這其實就和宇宙大爆炸有關，在宇宙大爆炸初期，宇宙的溫度很高很高，在那個環境下，光子的能量特別高，當一對光子的能量要高於一對電子和正電子的能量時，這對光子碰撞就可以產生一對電子和正電子，前提是溫度達到了60億度左右。而質子、中子、π介子等粒子也可以通過這個方式得到，只不過所要求的的溫度不同，我們管這個溫度稱為閾值溫度。
不過，如果我們仔細看就會發現，是同時產生一堆正反粒子，也就是說，這對正反粒子其實還可以再湮滅轉化成“純能量”。
而我們如今的宇宙是正物質所主導，這是因為在宇宙早期，每10億對正反粒子對撞，都會留下一個正粒子，不過科學家還沒有搞清楚具體的原因。不過，毫不過分地說，如今構成萬物的一切粒子都是10億分之一的倖存者。
