答案是非常多。但我要举一个最重要的例子,也是大多数人并不知道的例子。 首先我们看到的有质量的物体都是由原子组成的,原子是由原子核和电子组成的。原子核是由质子和中子组成的,而一个电子的质量约只有一个质子质量的两千分之一,可以忽略。这样有质量的物体,它的质量来源基本是原子核,即质子和中子。 好,有趣的问题来了,质子和中子分别由三个夸克组成,你们猜三个夸克的质量加起来有多少?你可能会说,一个质子(或中子)等于三个夸克,三个夸加起来的质量就是一个质子的质量嘛。我告诉你,答案是错的,三个夸克的质量加起来只有一个质子质量的7!你没看错,只有7!那么问题来了,剩下的93哪里去了? 剩下的93就是这个问题的答案,它来自于夸克之间相互作用的能量!三个夸克之间通过不断交换一种叫做胶子的无质量粒子,来维持质子和中子的存在。你也可以说这93的质量来自于胶子,但胶子是无质量的,它是纯能量。这些纯能量贡献了一个原子93的质量。 所以我们眼中的这个世界,有93的质量是由能量直接贡献出来的。我们身体93的质量是锁在质子和中子内部的纯能量! 更广义的来说,只要是基本粒子通过,强相互作用组成的复合粒子,其能量来源绝大部分都是相互作用能量,而不是基本粒子的质量。所以这是爱因斯坦质能方程一个非常重要的表现。 质量和能量可以相互转换,这是爱因斯坦首次发现的一个宇宙终极秘密。核反应已经证明了质量可以转化为巨大的能量,我们通过计算可以知道,任何原子核的质量均小于构成它们的质子与中子的静止质量之和,这是因为部分质量转化为了结合能。但是,反过来,如果我们通过某种手段完全捣碎原子的原子核,则得到的质子和中子质量之和就会比原来原子核的质量大,能量转换成为了质量。而捣碎原子核的过程,则可以通过各种大型粒子对撞机实现。 除了上面的例子之外,还有一个更好理解的例子,即光子对撞机。把能量极大的光子对撞,可以得到正反电子对,而这也是一种纯光子能量转换成物质的例子。当然了,正反物质相互碰撞,还可以再次回到纯能量状态。 还有我们熟知的质子,大家都知道质子由夸克组成,但科学家却发现组成质子的三个夸克总质量仅占质子的5,而剩下的95全部来源于夸克和胶子的相互作用和各自的运动。这个现象的发现更加证实了质量和能力之间存在转换关系,即爱因斯坦的职能方程。 我们再回归到超弦理论,该理论直接认为所有的粒子都是由一维的能量弦振动而形成,如果是这样的话,那么很明显质量仅仅是能量存在形式的一种度量而已,不同存在形式的能量表现为不同的质量。比如束缚在质子里面的能量就贡献了质子95的质量数,而夸克是否也是因为某种能量被束缚而形成的,我们期待未来科学家可以给出答案。 的确,爱因斯坦的质能方程式告诉我们,质量可以转化为能量,而且很小的质量可以转化为很大的能量,也正因为此,原子弹和氢弹的制成才有了理论依据。 从质能方程式来看,质量和能量其实是等价的,核聚变反应,核裂变反应,放射性衰变以及正物质和反物质的相互湮灭的过程,都是质量转化为能量的事例。那么既然都说了质量和能量是等价的,质能方程式也没说过是单方向成立的,所以能量也是可以转化为质量的。 但是我们却很少听说过能量转化为物质的事例,这主要是因为能量转化为物质太难以进行了。科学家也一直试图验证能量也可以转化为物质,所以科学家用了很多的大型粒子对撞机来制造新的物质。最典型的一个例子就是光子和高速运动的电子发生碰撞,这样会制造出一个光子,一个电子以及另外两个具有质量的正反粒子(比如说质子和反质子)。这样也算是通过能量转化为物质了,但是可以看到的是,这样转化并不容易实现,而且能够转化而来的物质也是很有限的。 其实可以说宇宙中一切的物质最初都是由能量转化而来的,137亿年前宇宙在一场大爆炸中诞生,在诞生之前,宇宙是一个质量无限大,密度无限大,而体积无限小的奇点。大爆炸之后10秒,温度在30亿度,这个时候质子和中子会形成轻原子核(主要是氢原子核)。而大爆炸之后3分钟左右,温度已经降到了10亿度左右,这个时候也就不能再产生新的原子核了,所以可以说宇宙中的物质基本就是在大爆炸之后3分钟内产生的。 我们知道常规的能量是不可以转化为质量的,而只能够在各个物体之间相互转移或者是转化。而想要把能量转化为质量的话,这就要求比较高了,一种是要求比较高的能量或者是热量,而另外一种就是借助于反物质了,这和正物质的能量存在有些相反的方式,因此从能量转化为质量应该相对简单。 最明显的例子相信我们都听说过,那就是宇宙大爆炸! 在大爆炸之初,最后中并没有物质,当然也没有质量,而是一个纯能量体,就像一锅浓汤那样。温度和压力极高! 随着宇宙的冷却,宇宙开始产生最基本的元素氢,然后是氦,具体怎么由能量转化为物质的不再详述,这个过程非常漫长,并不是直接成为氢的,而是经过了一些基本粒子,比如中微子,胶子,夸克等! 所以,如今我们见到的一切都是由能量转化过来的,本质上我们都是能量,而爱因斯坦的相对论也表明,能量和质量可以相互转换,它们本质上并没有区别! 那么在我们如今的现实世界,有没有能量转化为质量的例子呢? 在强大的粒子对撞机里就发生过这样的事情,两个接近光速飞行的粒子相撞,可以产生其他很多的微小粒子! 一直以来,我们都有一个错觉,认为能量和质量可以分开看,以致有了纯能量和纯质量的说法。 质能方程Emc,表示的是质能等价关系,却很容易看成化学反应方程式,认为质量生成了能量,或者能量生成了质量。 如果正本清源,那么能量和质量是等价的,能量和质量一起存在,一起消失。提问者的问题也就不需要高深的核物理来解释,身边的例子比比皆是。 加热一杯水,踢飞一个足球,水和足球的质量会增加(忽略蒸发),这就是能量转化为质量的例子。水把热量传递给空气而冷却,足球因为摩擦力停止,水和足球的的质量会减小,这就是质量转化为能量的例子。 之所以我们有质能互相转化的错觉,是因为有静止质量的存在。光子的静止质量为零,很多人把光看成了纯能量。但是光并不纯,所有的光子都有质量,和能量等价的质量。宇宙没有静止的光子,静止下来的光子,能量会和质量一起消失。 爱因斯坦的质能方程不考虑静止质量,一切能量都是质量,一切质量都是能量。它们不是转换关系,而是等价关系。 能量变质量的例子其实每时每刻都在发生,这是因为太微弱我们无法感觉到甚至无法探测到,因为能量变质量一般情况下无法像核弹里的质量转能量一样瞬间集中发生,所以在常规下不具有可探测性。 但是常规下不行我们可以来飞常规的,大家都知道的加速器高能碰撞,特别是欧洲大型强子对撞机的对撞实验,通过数20多公里长的真空轨道,利用电力产生高强度的轨道磁场把带电质子束加速到接近光速进行对撞,实验结果撞出大量基本粒子,和介子等,得到的粒子总质量超过原有的质子束的总质量,那么这多出的质量哪里来的呢?答案就是轨道中被磁场加速时获得的,也就是说轨道磁场的一部分能量被转化成质量了。 除了大型强子对撞机当然还有别的,比如理论上高能量的伽马光子能湮灭产生一对正反电子。 另外还有一个一般人忽略掉的,就是核能。题目里提到核弹的质量转能量,但你知不知道这核能是哪来的?原子核的结合能实际上来自于是夸克结合成质子的强核力溢出的部分,也就是核能的能量本质是强核力,而强核力是由一种称为胶子的传播子携带的,而胶子本身没有静质量,但它拥有超强的能量,当强核力通过胶子的交换把夸克束缚在质子内时,它就在质子上表现为质量,也就是说质子的质量一部分是来自于束缚夸克的0质量粒子胶子所携带的能量的,那胶子提供的这部分质量大约占多少呢?答案是90以上