愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mc^2，可以說幾乎無人不知無人不曉,，公式如此簡單,，如此美妙，詮釋了質(zhì)量與能量其實(shí)是等效的。但更本質(zhì)的東西其實(shí)是能量,，質(zhì)量只是能量的另一種表現(xiàn)形式而已,。

但很多人并不知道質(zhì)能方程是如何推導(dǎo)出來的，能量為何必須與光速息息相關(guān)呢,？

這里先看看特殊的光子,。我們都知道光子是沒有靜止質(zhì)量的，但光子攜帶了能量,，說白了光子本質(zhì)其實(shí)就是能量,。

光子會(huì)與帶電粒子發(fā)生作用，比如說,，當(dāng)原子外層電子吸收光子之后,，電子的能量變大，可能會(huì)發(fā)生電子躍遷,，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),。如果電子吸收的光子多到一定程度，就會(huì)脫離原子核束縛,，變成自由電子,。

由于能量與質(zhì)量等效，任何物體吸收光子之后,，質(zhì)量就會(huì)增加,，只不過一般情況下增加的量非常有限，我們很難感受到,。

明白了這點(diǎn),，就讓我們一起來看一下能量為何會(huì)與光速發(fā)生關(guān)系。這里需要進(jìn)行一個(gè)思想實(shí)驗(yàn),，愛因斯坦提出的思想實(shí)驗(yàn),。

假設(shè)有一個(gè)絕對密封的盒子，這個(gè)盒子與外界不會(huì)發(fā)生任何關(guān)系,，盒子兩側(cè)各有一面鏡子,，鏡子會(huì)百分之百反射光線。

假設(shè)盒子是靜止的,，一個(gè)光子就這樣來回在兩面鏡子之間運(yùn)動(dòng),。

如果光子從左面發(fā)射，朝右面運(yùn)動(dòng),，根據(jù)動(dòng)量守恒,，發(fā)射光子的瞬間，盒子會(huì)向左運(yùn)動(dòng),。當(dāng)右面鏡子吸收光子之后,，盒子便會(huì)停止。

由于盒子是完全孤立的，不會(huì)與外界發(fā)生任何關(guān)系,，意味著沒有任何外力作用于盒子,，所以盒子的質(zhì)量中心不會(huì)發(fā)生位移的。

問題就在于：盒子向左移動(dòng)了,。質(zhì)量中心發(fā)生了位移,。如何解釋這樣的悖論呢？

愛因斯坦認(rèn)為那根本不是悖論,，因?yàn)楣庾訑y帶的能量等效于質(zhì)量,，雖然盒子向左運(yùn)動(dòng)了，但同時(shí)右面的鏡子由于吸收了光子能量,，相當(dāng)于質(zhì)量增減了,，于是盒子整體質(zhì)心仍舊位于保持不變，還在原來的位置,。

用更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)來推導(dǎo)整個(gè)過程,，如下：

光子動(dòng)量為P=E/C，E光子能量,，C光速,。

假設(shè)盒子質(zhì)量是M，往左運(yùn)動(dòng)速度V,，于是盒子動(dòng)量P=MV,。

再假設(shè)盒子向左運(yùn)動(dòng)時(shí)間為Δ t，距離為Δ X,，那么速度V=Δ X/Δ t,。

按照光子與盒子的動(dòng)量守恒，于是M（Δ X/Δ t）=E/C（1）

如果盒子長度是L,，光子運(yùn)動(dòng)時(shí)間就是Δ t=L/C,，兩個(gè)公式合并得到：MΔX=EL/ C^2

再假設(shè)光子能量等效的質(zhì)量為m，盒子位移是x1,，光子位移是x2，于是盒子質(zhì)心就是：

剛才說了,，實(shí)驗(yàn)前后盒子質(zhì)心不變,，于是就有：

而實(shí)驗(yàn)前光子位移為零，所以x2就是0,，公式就可簡化為：mL= MΔX,。

將公式（1）M（Δ X/Δ t）=E/C代入上面公式，就得到：mL=EL/C^2,，也就是終極公式E=mc^2,。

這就是愛因斯坦質(zhì)能方程的通俗推導(dǎo)過程，一個(gè)很重要的基本前提就是質(zhì)量與能量是等效的！