爱因斯坦质能方程捅破了质量和能量之间的一层窗户纸，揭示了物质质量与能量之间的等价交换关系，让人类对自然规律认识得到了一次突破性的提升，从而揭示了宇宙万物诞生的根源，也为人类未来能源利用提供了一把金钥匙。

质能方程的核心是质量和能量能够等价互换。所谓等价互换，就是相互都能够转换，这样当然质量能够转化为能量，能量也能转化为物质了。至于其中的道理和证据，就请耐着性子看完。

爱因斯坦质能方程有一套复杂完整的推导过程（下图），最后浓缩成一个简单的公式：E=MC^2。这里的E代表能量，M表示质量，C表示光速。从这个公式，我们可以看到，质量转化出的全部能量是非常惊人的。

根据公式计算，1kg质量（忽略物质属性）全部转化为能量，能得到约9*10^16J（焦耳）的能量，这些能量有多大呢？差不多是太阳每秒钟辐射到地球的全部能量，或者相当250亿度电，或者2151万吨TNT炸药爆炸威力（相当1千多颗广岛原子弹同时爆炸）。

这已经不仅仅是理论推导了。自从爱因斯坦创立了这个方程，科学家们在100多年时间里，经历了无数次实验验证，所有结论都精准符合这个理论。但要将质量转化为能量的条件是非常苛刻的，需要超高的温度或巨大的压力。

太阳核心的核聚变就是在3000亿个大气压和1500万度高温下持续进行的，在氢核聚变过程中，将部分质量转化为巨大能量，以电磁辐射的方式源源不断释放到太空。

人类过去使用能源方式，如烧煤烧油等，并不是质能转化，而主要是化学变化，其质能转化率是非常低的。如燃烧1kg煤只能得到29307000J的能量，如按质能方程计算，质能转化率只有约3*10^-10，也就是300亿分之一。

现在人类掌握的最大质能转化能力为核裂变和核聚变。

人类掌握的核裂变技术已经从不可控到可控，这就是核发电。这种核裂变发电转化率可以达到质能转化率的约0.1%，也就是1kg纯核燃料可以转化出约1克质量的能量，相当约2500万度电能；而核聚变还处于不可控阶段，只能以氢弹爆炸的方式瞬间释放能量，这种转化率约达到0.7%，比核裂变提升了近7倍。但可控核聚变依然在试验开发过程中，进展缓慢。

即便实现了可控核聚变，人类对物质质量的转化率也只有0.7%。反物质遇到正物质，会立即发生湮灭，同时释放出100%质量蕴含的能量，因此被认为是最完美的质能转化。

反物质在自然界普遍存在，早就被科学证实了。如我们人体和香蕉都有少量的钾-40，钾-40是天然同位素，在衰变时就会释放出正电子。组成我们世界物质的原子外层电子都是带负电的，因此正电子就是反物质。香蕉每75分钟会释放一个正电子，可能有人会说，世界上这么多香蕉，还有70多亿人，还有其他许多其他物质，如果都释放反物质，那这个世界怎么还存在呢？

其实这些正电子等反物质在我们世界是极其微量的，它们只是以亚原子粒子形式存在，据科学测算，在大气中每立方米约有100个反粒子，而一个针尖上就可以排列亿亿个质子或电子，我们周围的空气每立方厘米就有2700亿亿个大气分子。因此这些反粒子刚一出现，就立即与正粒子湮灭了，而我们毫不察觉。

正是反物质具有很难在自然界存在的特性，捕捉保存反物质的条件就非常高且苛刻。科学家们在大型对撞机里要制造出极高度真空和接近绝对零度的温度，还要用磁阱控制，不让反物质碰到任何地方，才能够勉强控制住反物质很短时间。

经过几十年努力，科学家们花费了无法计算的能量，全世界制造出来的反物质还不够烧开一杯开水。因此要实现用反物质作为能量或动力，造福人类社会，目前还只能是一个梦想。

很多人对这个问题有质疑，认为，如果质能转换是是一个科学理论，质量和能量是等价的，就能够相互转化。为什么只见物质转化为能量，而不见能量转化为物质呢？其实，说这话的只能说是孤陋寡闻，自己没看到，并不能说明没有。

能量转化为物质当然更难，要知道2500万度电一点都不漏掉，全部转化为物质，才能够转化出1g（克）质量。2500万度电是多少？如果一家人一年用电1000度的话，可以供应25000户人家一年的用电。这是一个小城镇一年居民用电总和，而这些用电总和集中起来全部转化，才能够产生1g物质。

而且这种集中条件还非常苛刻，要求这些电瞬间释放，这种威力相当于1.65颗广岛原子弹爆炸释放的威力，而这些能量只能转化出1g物质。

其实科学家们早就在大型强子对撞机里面做了这种实验，用巨大的能量推动两束铅离子束相向而行，当极端接近光速时让它们相撞，在撞击的瞬间爆发出10万亿度高温，再现了宇宙大爆炸百万分之一秒时的情景。这时的宇宙已经从能量中开始产生物质，这种物质叫“夸克—胶子等离子体”，是产生原子核的前奏。

科学家们还通过实验，在大象强子对撞机中，让一个获得了足够高能量的电子和足够高能量光子相撞，制造出了一个新的电子和一个新的光子，同时还产生了一对正反物质粒子，如正反质子或电子对。以上实验，是人类在地球上用能量制造出物质的典型证据。

爱因斯坦质能方程解开了宇宙诞生物质来源之谜，也给大爆炸宇宙模型更有利的支持。现在这个模型已经成为了科学界主流共识：宇宙起源于138亿年前某一刻，一个无限小无限密度无限曲率无限热量的奇点爆发了，这是一种纯能量的爆发。

随之而来，能量转化为物质的过程开始了。在宇宙大爆炸开始时，能量以高能光子的形式出现，这些光子相互碰撞就产生了夸克、胶子、电子等基本粒子和反粒子，那时的宇宙就像一锅超高温的粒子浆糊汤。

宇宙大爆炸开始后万亿分之一秒时，温度下降到了约1000万亿度，开始形成质子和中子。这时的宇宙已经形成了组装原子的各种基本粒子：质子、中子和电子，以及原子核的粘合剂胶子。随后，这些粒子组装成为氢、氦、锂等轻原子核。但这时，宇宙的温度极高密度极大，连光（电磁波）也无法脱耦，因此那时候的宇宙是不透明的，中性原子也无法形成。

一直到大爆炸开始38万年以后，宇宙已经冷到了3000K的温度，这时候，原子核和电子才有条件结合成中性原子，以元素组成的物质出现了。整个宇宙主要是氢和氦组成，还有极少量的锂，其他元素都还没有产生。

由于引力作用，氢氦组成的原始粒子渐渐聚集成团，形成原始星云。这些星云碰撞收缩，渐渐形成了恒星和星系。以后通过恒星演化和超新星大爆发，在高温高压的核聚变过程中，逐渐产生了氢氦锂以上更重的元素。如今我们已知宇宙中存在的118种元素，都是通过恒星演化和大爆炸得来的。

现在我们宇宙千姿百态的物质，地球上亿万生态物种，都是由这些元素组成的。因此我们世界上所有的物质，都是从能量中转化过来的。没有宇宙能量的爆发，就没有今天的所有物质。

谈到此类话题，总有人问，宇宙大爆炸之前的奇点是从哪里来的呢？那么小小奇点怎么爆发出这么巨大的能量呢？这是另一个话题，说来话长，而且科学界至今也并没弄清楚，我也不能随意下个定论。

但我们可以根据目前理论做些探讨。一般认为，奇点处是我们世界时空的汇集点、消失处，不受人类认知的科学约束，或者说人类所有科学理论在那里都失效。因此宇宙奇点是是研究的禁区。

但量子力学对大爆炸开始前有一个猜想，这就是真空零点能理论。这个理论认为，在时空还没有出现之前，也就是在虚无的真空中，蕴藏着巨大的真空零点能，这是宇宙的本底能量。这些能量会以量子泡沫的状态随机扰动，以虚粒子对（正反虚粒子）形式不断涌现又瞬间湮灭。如果这个世界是完美对称的，宇宙就永远不会出现。

但杨振宁和李政道创立的“弱相互作用中宇称不守恒定律”，打破了这种完美和平衡。在这之前，科学界一直认为宇称是守恒的，这就像一个死胡同，无法解释宇宙大爆炸这一时刻。现在这个死胡同被打开了一条通道，宇宙大爆炸的出现就合理了。

量子随机扰动的虚粒子对，有那么一个打单了，没有湮灭，就是我们宇宙的奇点，这个奇点不断膨胀，就成为了今天的宇宙。这就是现代物理学对宇宙大爆炸前的猜想，尽管这个理论还不完美，却是所有宇宙起源猜想中最具有说服力和证据的猜想。

尽管宇宙起源依然没有定论，但质能方程的正确和精确，迄今没有一例反证能挑战这个理论。就说这些，欢迎讨论，感谢阅读。

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物质可以转换为能量这个理论已为普遍认可，但能量是否可转化物质？我个人认为能！但由于学识有限，不能引用有力的科学数据加以证明，只凭臆度思维来回答:

人体主要是由碳水化合物，蛋白质，矿盐等物质组成。我们也知道人类是从古人猿脱离而来，但不知走过多少漫长岁月，才演变为现代的你和我。一一原物质

人类在劳动生产过程中，不断总结经验，使认识世界和改造世界的能力得到提高。而这种认识客观规律和自然规律的能力(且这种能力就是能量)，也就是物质转化为能量的有力证据。因为人是由物质组成，通过人的智慧，有目的地对客观世界里的特定事物进行改造，使之变为新的物质，这就是能量转化为物质的过程。

辩证唯物主义理论已明确指出:物质是第一性，意识是第二性;物质决定意识，但意识对物质有反作用，而这个反作用就是能量可转化为物质的另一个有力证据。

我们每天一睁眼所看到的物质都来自哪里？正是能量！

简单来说，如今的万事万物都来自能量，都是由能量转化为物质而形成的！最后大爆炸发生的最初几分钟就是能量转化为物质最直接的体现！

宇宙大爆炸之后最先产生了氢和氦，然后在恒星的核聚变自己超新星爆发过程中又产生了各种重金属，知道今天我们见到的多彩世界！

还是，原子结构中电子的能级跃迁过程中会产生光子，也是能量转化为物质的体现！

同时，更重要的是爱因斯坦的狭义相对论更好地诠释了能量质量可以互相转化，本质上能量和质量是一种东西！

而量子力学的发现也让我们看到了能量如何转化为物种的，量子世界中的量子起伏不断地上演着，这个过程中不断地有虚粒子衍生并瞬间消失，而虚粒子的出现就是通过“赊借”真空中的能量然后迅速归还消失！

所以，物质和能量可以互相转化，或许是因为我们每天看到的东西基本上都是以物质的形式呈现，大部分都是物质转化为能量的过程，所以会感觉能量不会转化为物质。但殊不知今天我们见到的一切都来源于能量！

施郁

（复旦大学物理学系）

可以。

量子场论告诉我们，所谓真空态只是系统的最低能量态。而在真空态，是存在量子涨落的，也就是说，场并不能消失，而且它有不确定性，服从海森堡不确定关系。

原子中电子的从高能级跳到低能级的自发辐射，就来自电子与电磁场真空涨落的耦合，在这个过程中放出光子。

实际上我们周围物质的大部分就是真空涨落。我们知道质子是由夸克组成的，但是夸克只贡献了质子质量的的百分之一。其他的质量就是来自真空涨落！而且我们知道，希格斯场导致基本粒子获得质量，这个质量也是来自真空涨落。

还有，电磁场的真空涨落可以产生正负电子对，这叫做施温格效应。黑洞视界附近的真空涨落可以导致粒子的辐射，也就是霍金辐射。这两个预言还有待实验验证，虽然物理学家普遍承认其正确性。

甚而至于，现在物理学家认为，整个宇宙就起源于真空量子涨落！

【施郁原创】

物质不等于能量，物质是能量和信息结合的产物。能量也含有信息，只是信息量极少。而物质含有较高的信息量，比如物质中的分子结构、电子结合方式等都蕴含着很大的信息量。生命物质更是高度有序的物质结构，经科学家们研究得出的结果：1克DNA能容纳455EB的数据（1EB=1024PB，1PB=1024TB，1TB=1024GB）。

根据信息墒增原理，宇宙中任何事物的发展规律都是从有序走向无序，也就是从信息量大流向信息量小的方向。比如有机质在自然界中会瓦解分化，石头经风化会变成土壤最后变成细沙，这些过程都是从信息量大的物质变成信息量小的物质。而物质最终的命运就是变成信息量最小的能量。

在自然状态下，能量是无法转化为物质的，这违反信息墒增原理。生命体作为违反信息墒增原理的典型，科学对此无法解释。

其实很简单，生命体是有意识的，而信息本身就是意识的产物，意识通过信息的组织架构了物质，才有了生命体的存在。

目前的唯物论教育认为是物质产生了意识，这是本末倒置的说法。

可以的。爱因斯坦从狭义相对论中推导得到的质能方程（E=mc^2）告诉我们，物质和能量在本质上是等价的，它们之间是可以互相转换的。

原子弹、氢弹、正反物质湮灭已经明确表明，质量能够转化为纯能量。反过来，物质也可以从纯能量中制造出来。不过，想要实现能量到质量的转化并不容易，人类目前只能在高能粒子加速器中实现这一过程。

在高能粒子加速器中，比如大型强子对撞机，让一个获得了足够高能量的电子和一个获得了足够高能量的光子相撞，这样能制造出一个新的电子和一个新的光子，同时还能制造出一对正反物质粒子（比如正反质子、电子对）。也就是说，在光子和电子的碰撞过程中，产生了新的粒子。或者利用布雷特-惠勒原理，两个互相碰撞的光子可以制造出正反电子对。利用这样的原理，高能粒子加速器可以制造出理论预言中的粒子。

另外，根据标准宇宙模型，宇宙中的所有物质都是来自于138亿年前的纯能量。宇宙从纯能量中制造出物质，这才有现如今的宇宙。

能量和质量可以互相转化。在几乎所有的大型对撞机上都有这样的现象，高速碰撞的粒子把他们的动能转化为了更多质量的粒子。

比如两个质子高速碰撞，碰撞之后会产生数十到数百个粒子，这些物质的质量大于刚才碰撞的质子。有些情况下，多个粒子碰撞，还会产生很多的电子，负电子，质子，反质子之类的粒子。但是我们没有什么手段把这些反物质留下来，正反物质一相遇很快就发生湮灭把能量释放出来。

当然，也有一些不会湮灭的物质产生，但是同样大部分很快会转化回质量，并不稳定。

不过我们现在可以确定，这些物质是从动能转化来的。可惜现在没有技术造更大的对撞机，没法撞出更稳定的物质。

还有一些自然界中比较常见的能量转化为质量，但是非常不明显，比如光合作用中，有极为微小的太阳能被留下来。

而质量转化为能量，现在比较常见的就是核反应，原子弹和核反应堆。

<2>爱因斯坦的质能转化方程告诉我们：物质的质量和能量是互相联系并且可以互相转化的

我们现在的世界中的物质包括宇宙中的物质，都是从138亿年前的宇宙大爆炸中诞生的，宇宙大爆炸后产生的氢和氦就是能量转化为质量的产物。

根据爱因斯坦的质能方程E=MC²，其中E就是物质具有的能量，M是质量，C是光速。照这个方程我们看出来如果要把能量转化为物质，那么需要的能量也是非常非常大的，事实上人类依靠粒子加速器的强大能量就能把能量转化为物质，只不过造出来的物质也只是几个粒子而已，不可能把纯能量转化成日常生活中的桌子椅子什么的。

粒子加速器把多个粒子加速到近光速之后互相撞击，产生的电子或者反物质粒子的质量要比撞击前那几个粒子的质量要大，这就是典型的高能状态下的能量转化为质量，只不过转化出来的反物质粒子马上就会和普通物质相互湮灭又变成能量。

如果将来人类能方便快捷的把能量转化成质量，那么人类就能用能量制造出任何想要的东西，到时候人类文明就成神了。

物质可以转化为能量；那么能量可以转化成物质吗？
我们要区别的是物质和能量是不同的概念。物质是具有质量的东西，而能量是释放出来的东西，当物质在转化的过程中的现象时，转化的机制(条件)加热效应的过程中的不同变化，这种变态的作用力时:有的物质不见了留下来的是灰尘，不同的物质在转化的过程中还有一中物质不会毁灭，这时得到的是物质不灭，在相互抵消的过程中绝缘铜线线圈磁场及永磁体磁场——在转化为能量场时就存在(物质不灭的东西)。物质作为物理学中的名词这是广义的术语，准确的是材料，材料与不同的材料加工转化成新材料，新材料具有特殊的作用及用途，能量是物质(材料)加工转化新材料不可缺少的作用。
自然界中的物质(材料)——物种在能量场中的相互转化，这是动植物在物质(矿物质)及能量场中的相互转化——运动变化的作用下产生能量，能量(营养)提供动植物的生存条件(转化机制)的过程。
能量转化为物质的条件同样是离不开物质(种源——材料)
我们需要的是什么结果【目标】
物质【物种起源】材料来源(实体)
能量【空间里的】热效应、光、气、等离子态、真空
物质及能量都是场
场是物质及能量同时存在的作用场
场是复合材料，也是多种能量的叠加性。
场是自然条件
地球属于物质场
星球属于物质场
地球上已探明的物质及物种的多样性足以证明场了
空间里的能量气体也是场的存在
光的作用也是参与场的作用
也就是说光参与了空间这个场的作用
在相互运动变化的作用过程中:物质及能量都在相互作用，这是场所产生的作用效应。不因个人的活动而改变的，之所以说顺其自然！
人类制造研发的产品都是在寻找所需的物质(材料)进行能量转换(转化)——加工
脱离了物质及能量，缺一不可。
物质(导体)、(绝缘体)、(半导体)等区分材料属性
物质材料在环境中的氧化反应
物质材料在能量场中的变化状态
物质(辐射性)
物质(再生)复制
生态系统产生的物质
生态系统产生的能量

知道爱因斯坦质能方程式E=mc^2的人应该都了解，它告诉我们物质可以转化成为能量，但是爱因斯坦也没说过这个方程式是单方向成立的，也就是说，能量也可以转化为物质。

物质可以转化为能量这就不用我举例了吧，原子弹的爆炸就是基于这一理论。物质可以转化成能量这个对于今天的我们来说并不困难，但是如何才能将能量转化为物质呢？

根据爱因斯坦的质能方程式，能量确实是可以转化为物质的，但是这个在我们的生活在却是很难见到的。常规的能量是无法被转化成物质的，而只能够在各个物体之间转移和各种能量形式之间进行相互转化。能量转化为物质的一个最为广泛知道的一个事例就是原子核外电子在跃迁的时候会产生光子。

想让能量转化为物质，就必须在极高的温度下进行。比如在宇宙大爆炸的时候，能量在冷却扩散的时候，就可以转化为物质。我们看到的物质，也正是宇宙大爆炸的时候由能量转化而来的，也就是说我们看到的所有的物质都是由最初的能量转化而来的。

宇宙大爆炸最先产生的化学元素就是氢和氦，后来又通过核反应生成了其它一系列的原子。想要实现纯能量向物质的转变并不容易，目前人类可以在高能高能粒子加速器中实现这一目的。例如在大型粒子加速器中，可以让一个获得了足够高能量的电子和光子相撞，这样就可以制造出新的电子和光子，同时还可以制造出一对正反物质粒子。