爱因斯坦E=mc揭示物体的质量和能量转化 能用能量生成1g质量吗？

爱因斯坦的质能关系式E=mc深刻揭示了物体的质量和能量之间的转化和对应关系，不能把能量和质量简单解释为物质的一体两面：从狭义的物质概念说，质量和能量聚于一体时就形成物质，光是纯能量状态时就不是物质，质量是物质的主要特征。而从广义的物质概念说，能量是物质的最基本属性，一个物体可以没有质量，但不能没有能量。从以上可以看出，不管是从狭义还是广义上理解，能量是物质最本质的东西，可以说没有能量就没有物质，能量是客观实在性的最原始存在体现。我们的一切一切，宇宙的一切一切都是从能量开始，都是从宇宙奇点的大爆炸开始，超高能量通过奇点膨胀而出，创造出了我们这个能够感受到能量存在的宇宙。

在宇宙膨胀创生过程中，能量或以纯空间(广义上说是一种纯能量物质)的方式，或以物质粒子的方式来表达它的存在。可以说宇宙大爆炸的早期过程就是能量生成物质(质量)的过程，也是目前所知，能量大规模生成质量(1g以上)的唯一方式。人类目前还无法做到这一点。下面我们详细分析一下。

一，能量生成质量的两种方法――超高能和超高温，宇宙大爆炸早期是能量大规模生成质量的唯一时期。

由能量生成质量确实不容易，很多人只能用一对光子碰撞生成一对正负电子来举例说明能量生成质量，

但普通光是产生不了电子的，这需要高能γ光子(还必须存在于重原子核或黑洞附近，满足能量和动量守恒定律)或高辐射温度两种方法，这也是任何能量生成质量的两种方法。先说高能γ光子的波长只有0.1埃米(10^-11米)，包括太阳光在内的普通光波长最短也有10^-7米，差了四个数量级，太阳根本产生不了高能γ光子，只有在宇宙射线中才能找到。由宇宙射线中的高能γ光子产生电子是全宇宙概率性的漫长机制，是不能由能量集中产生物质的，也不是人类能够控制的。至于超高温是多高?我们下面将要谈到。反正目前自然环境下是无法达到这么高的温度的，唯有上面所讲的宇宙大爆炸初期才能够达到这么高的温度，也正如上面所讲的，宇宙大爆炸初期过程是能量大规模生成质量的唯一时期。

发生这一切的前提就是超高的温度，根据量子力学和现代宇宙大爆炸理论，

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，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数量级，这时夸克和电子产生了。

直到宇宙诞生0.1到1秒时，温度也下降到1000万亿度到100亿度，这时质子、中子和介子等组成物质的粒子种类全部诞生。在宇宙诞生3分钟时，温度也下降到10亿度，氢、氦、锂等轻元素产生了，至此物质正式宣告诞生。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，经研究计算表明，由能量生成一个电子所需的阈值温度为62亿度，产生一个质子则需要10万亿度。在自然环境中，只有宇宙大爆炸初期才具有这么高的温度，像我们太阳内部核心温度也只有一千多万度，这意味着绝大部分物质都是在宇宙诞生之初产生的。

二，人类目前无法用能量生成1g质量

那在人为环境又如何呢?目前人类创造的最高温度是4万亿度，是美国座落于布鲁克黑文国家实验室的相对论重离子加速器RHIC于2010年创造的，

当时是把两束金离子束各自加速到近光速后对撞，产生夸克――胶子等离子体的温度高达4万亿度，2012年时曾瞬间达到5.1万亿度，是太阳内部温度的30万倍，

物理学家观察到了宇宙大爆炸短暂时间内出现的“接近完美”的物质形态，这种温度也只能够产生电子，但能量有限且维持时间太短暂了，根本无法生成1g的物质，根据E=mC，算得需要8.98755x10^13焦的能量才能生成1g质量的物质，这个能量约相当于2万吨TNT当量，比当年的广岛原子弹14000吨TNT当量都大，因而是不可想象的。

三，质量转化为能量的真正解释，物质不灭定律即质量守恒定律是正确的。

我们平时看到很多所谓的质量转化为能量的现象，比如说爆炸、燃烧、取暖等化学反应，严格说起来都是遵守质量守恒定律的，尽管放出很大的热量，但几乎并没有减少反应物的质量，只能算是储藏在物质分子键中的化学能向内能的转化而已，实际上并不能算是质量转化为物质。我们再来看看核聚变，这是大家公认的质量转化为能量的典型例子。

物质核聚变反应释放出大量能量(前提也是必须达到极高温度)，物质确实出现“质量亏损”，但组成物质元素的中子和质子的种类和数目并没有减少，减少的是组成质子和中子的夸克之间起传递相互作用的胶子所形成的束缚质量。我们现在已经知道核子(中子和质子)都是由三个夸克组成，核子之间以及组成核子的三个夸克之间被传递强相互作用的胶子束缚，

夸克和胶子

胶子本身虽然没有质量，但胶子强相互作用产生的束缚能所形成的质量比夸克本身的质量大的多。比如说一个质子的质量为938MeV/C2，而三个价夸克的质量仅为11MeV/C2。大多轻元素原子核的总质量小于组成原子核的各单个质子和中子的质量之和，这个差值就是胶子的部分束缚能质量，而非实物粒子本身的消失和转化，所以说到底质量在转化为能量的过程中出现的“质量亏损”，“亏损”的还是能量。

由此可见，不管是由能量转化为质量，还是由质量转化为能量都不太容易，它们的条件都是超高温度或超高能，只有宇宙大爆炸早期才全部满足这些条件。因此在宇宙大爆炸的早期，即宇宙诞生之初就几乎生成了全部宇宙物质(质量)，而宇宙大爆炸又是一个不可逆的过程，所以生成的物质不会真正地消失为能量。即物质既不会凭空产生，生成的物质也不会无故消失，物质不灭定律即质量守恒定律还是很有道理的。

四，最后

随着人类科学水平和技术手段的提高，不排除人类在未来会找到大规模由能量生成质量的机制方法，让我们拭目以待。