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质能方程的发现意义

质能方程是由一位意大利人DelintoDePretto首先发现，于1903年发表在一份叫Atte的意大利杂志上.1905年相对论问世前，汤姆孙、考夫曼等早已在质速关系和质能关系的实验与理论研究上作了大量有成效的工作.奥地利物理学家哈孙隆耳1904年通过实验证实了质量增大与辐射能量成正比，并导出了著名的关系E＝mC².罗瑟道：“质能相当定律（E=mc²）不是意味着，质量有时能够转化成能量，也不是说能量转化为质量，而是说，一种变化伴随着另一种相应的变化，惯性质量与能量彼此成比例.”这里，罗瑟直接把“能量惯性定律”改称为“质能相当定律”.

著名的W.Heisenberg对此是这样评论的.“时常有人说，原爆炸的巨大能量是由于质量直接转化为能量，并且只有根据相对论人们才能预计这些能量.然而这是一种误解.原子核中可利用的巨大能量早在Becquerel，Curie以及Rutherford的放射性衰变实验中就已知晓.…铀裂变据的能源主要是原子核分裂而成两部分间的静电斥力.原子爆炸的能量直接出自这个来源，而不是由质量转换为能量而得到的，静止质量有限的基本粒子数在爆炸时并未减少”.

1907年4月，A.爱因斯坦写下了关于狭义相对论和质能关系的论文:<<关于相对性原理所要求的能量惯性问题>>和<<关于相对性原理由此得出的结论>>，进一步揭示了“同惯性有关的质量m相当于其量的m”，“对于孤立的物理体系，质量守恒定律只有在其能量保持不变的情况下是正确的…”.在历史上两条相互独立的自然规律:能量守恒和质量守恒，由相对论统一起来了.相对论诞生是物理学上的革命性的进步，其导出的质能关系是现代核能理论的基础，同时它蕴涵的哲学思想改变了人们对时空观的认识.

中国科学院院士何祚庥说：“狭义相对论深化了牛顿所奠定的牛顿力学，深化了牛顿所提出的时空观，从而影响到当代物理学的各个领域.人们公允地认为这是物理学领域里的大突破，亦即由宏观低速运动领域进入到宏观高速领域的突破.这一突破的重要后果之一，是爱因斯坦首先发现了质量能量等价的公式E＝mc²，并为人类利用原子能指出了方向.”

爱因斯坦认为只要用E=mc²公式就可以算出质量或能量的变化，烟感器就是根据这个公式设计出来的.镅241是一种带有放射性的金属，在每一个烟感器中，都有非常微量的镅241.镅241释放出带电的微小粒子束，任何烟雾一旦出现，就会改变微小粒子带电的状态，引发能量变化，启动报警器.

1938年，美国核物理学家贝特发表了有关氢通过碳——氮——氧循环而聚变的论文.这篇论文给加州理工学院凯洛格实验室的核物理学家以极大的刺激，因为他们一直在从事这一课题的研究.年轻的福勒从1933年起就在这里研究碳——氮——氧循环中的第一个反应，进行碳核捕获一个氢核形成氮同位素核氮7的实验，还测量了碳核和氮核受质子轰击的作用截面.他们的实验研究定量地给出核反应中释放的能量，提供了检验碳——氮——氧循环可行性的实验依据.在碳——氮——氧循环中首先由碳核和一个质子碰撞，质子打入碳核使之变为氮的同位素N(7，13)，它是放射性的，很快放出正电子和中微子形成碳的同位素C(6，13)，它和质子反应生成氮核.新的氮核和质子相碰撞形成氧同位素O(8，15)，O(8，15)也是放射性的，它放出一个正电子和一个中微子后衰变成氮的同位素N(7，15);最后，N(7，15)和一个质子碰撞形成碳核和氦核.这一系列的反应都是放热反应，因此，只要有足够多的质子，就可以成为稳定的能源.碳——氮——氧循环的结果是4个质子合成一个氦核，同时产生2个正电子、2个中微子和3个光子，释放出25.03兆电子伏特的能量.参与反应的碳元素在核反应前后没有发生任何变化，而氮、氧同位素只是在中间过程中产生又消失.他们认为，只有在1500万开以上的高温条件下，碳——氮——氧循环核反应才能有效地进行.因此，只有在比太阳质量大很多的恒星上，这种核反应才成为提供能源的主要途径，实现由氢到氦的聚变.

要使牛顿质量定义（物质的量）具有生命力，必须要用到爱因斯坦的重要发现——静质能方程（E₀=m₀c²）.当它作为一个公设引入后，我们就能够进一步给予“物质的量”以明确定义，即“物质的量”可以用能量的多少来度量，从而建立起牛顿惯性质量与“物质的量”的联系.在基本粒子物理学中，基本粒子的质量是用能量表示的，电子质量是0.51MeV(兆电子伏特)，质子的质量是938.3MeV.除了质子以外，所以的重子都是不稳定的.中子质量是939.6MeV；寿命大约是15分钟.其它重子的寿命都短于一微秒.所谓能量标度提高，是指通过提高加速器的能量来制造出比质子大得多的超短寿命的“基本粒子”.

能量是可加的守恒的量，但静质量不是.这意味着当我们可以确认一系统是封闭的，该系统的静质量和动量才会守恒.相对论性质量本质上就是能量，因此能量守恒定律就是相对论性质量守恒定律.一个光子本身没有静质量.一个具有静质量的粒子可以衰变成光子，然而这个由光子组成的系统却具有静质量，因此一个系统的静质量并不等于组成它的粒子的静质量的和.无论在衰变前后，这个封闭的系统的静质量都是守恒的.一个系统如果保持相同的静质量，它必须是封闭的，以致没有能量（可能是热或辐射）可以逃离该系统.外力可以改变该系统的动量和能量，但该系统的动量和能量的改变可以维持静质量不变.当某些反应将组成该系统的某些粒子的静质量转换成光能或热能，只要这些光能或热能无法从该系统逃离，该系统的静质量便不会改变.只有在这些能量被释放到该系统周围的环境，该系统才会失去静质量.