质量守恒和能量守恒，是经典力学就已经解决的问题。但在经典力学中，质量和能量是两个完全分歧互不相通的概念，它们之间没有确定的当量关系，认为必然质量的物体可以具有分歧能量，这种能量以动量、冲量、动能、势能来暗示。
爱因斯坦的进献就是把质量和能量这两个工具糅合在一路了，划了一个等号，即质量和能量是等价的，并且可以交换的，其简化出来的公式为：E=MC^2，这就是伟大的质能方程。
这个公式里的E暗示能量，M暗示质量，C暗示光速。这一步看起来简单，但倒是一个重大冲破，就像一层窗户纸，捅破了就可以看到外面的情景；又像一个魔术，揭秘前很神秘，揭秘后令人恍然大悟，本来就这么简单。
经典力学的缺陷让物理学成长呈现乌云
19宿世纪末20宿世纪初，物理学呈现了前所未有的危机，人们形容为物理学的两朵乌云。这两朵乌云为电磁力学和黑体辐射，采用经典力学理论发生了不成和谐的矛盾。在经典力学框架下无法解决这些危机，已经导致物理学裹足不前。
这引起了爱因斯坦等很多科学家们的思虑，在爱因斯坦后来创立的狭义相对论中，认为问题的关头是，经典力学是成立在绝对时空不雅根本上，将物质活动的时候和空间割裂开来考虑，诠释宿世界采用的是伽利略变换，简单地说就是1+1=2的理论。
伽利略变换可以诠释宏不雅宿世界低速系统中的很多现象，因为这些诠释很是接近本相，在低速参考系有那么一点点差距完全可以忽略不计；但这种理论在接近光速的高速参考系里，或者深切到原子电子量子力学层面，就会呈现很多问题，差距就越来越大。
这是因为时空是不成割裂的，相对分歧时空，不雅察物质活动的时候性是纷歧样的。爱因斯坦在狭义相对论里用一个简单例子：一个乘坐在火车上的人顺手放下（不是丢下）一个铁球，他看到的铁球（忽略空气阻力影响）是垂直失落落在路基上，而站在站台上的人会看到铁球跟从火车进步，呈抛物线失落到路基上。
这申明在分歧活动的参考系，不雅察统一事物，会得出两种分歧结论，并且活动的时候和走过的旅程也是纷歧样的，这就诠释了时候在分歧参考系的分歧时性质。由此，在不竭动态转变着的宇宙，洛伦兹变换才是诠释事物成长过程更精确的理论。
洛伦兹变换是狭义相对论主要理论依据
洛伦兹变换推导过程如下图：
简单的说，洛伦兹变换就是1+1≠2，而是必需加上一个洛伦兹因子，表述为γ=1/√[1-（u/c）^2]，这个因子加上了，就限制了速度，光速就当作为了极限速度，不克不及叠加了。洛伦兹变换与伽利略变换的分歧之处在于，低速系统两者都合用，但洛伦兹变换更切确，高速系统（尤其是接近光速）时，只有洛伦兹变换合用。
这样就解决了一个大问题，爱因斯坦狭义相对论问宿世后，很多用经典力学诠释不通或者错误很大的现象都获得了改正，由此更精准地描述了宿世界活动，让物理学成长获得领会放，从此进入一个新的阶段。是以爱因斯坦相对论被认为是现代物理学的根本。
那么，为什么爱因斯坦几乎所有公式里都有个光速C呢？
爱因斯坦发现了或者说假定了光速极限和光速不变，这恰是爱因斯坦狭义相对论以及后来创立的广义相对论的立论根本，也是爱因斯坦伟大进献之一。而相对论自己就是阐述物质活动的，活动离不开速度，而最快速度是光速，是以凡是描述活动的公式，当然就离不开光速了。
所谓光速极限，就是光速是我们宿世界最高速度，没有任何物质活动可以或许跨越这个速度；光速不变就是光速在任何参考系都是不变的，也不克不及叠加，叠加快度也不克不及跨越光速。这个是爱因斯坦经由过程不雅察思虑，并总结前人不雅测尝试数据获得的一个假设。
这个假设颠末一百多年无数科学家验证，所有的不雅测和尝试数据没有一例可以或许反证，是以当作为现代物理学的一个铁律。
为什么光速极限和光速不变是我们宿世界的铁律呢？我们也可以这么理解：人类看到的宿世界都是依靠光，没有光就什么也看不到。若是爱因斯坦的假设不当作立，我们看到的宿世界就没有确定性。因为若是存在超光速的事物，或者光速是会变的，我们就无法看到真实的工具，所有的星空也都不确定了。
光速是现代物理学的一个根基常数
颠末300多年科学家们的前仆后继，采用各类方式颠末无数次的试验计较，最终经由过程波长与频率的现代方式，再经由过程宿世界怀抱衡大会点窜了米的界说，获得精确真空光速为c=299792458m/s，而1米就是光速在1秒钟行进距离的299792458分之一。
请注重，这个光速是真空光速，光在分歧介质中行进速度是纷歧样的，在空气中略小于真空光速，但差距极微，是以一般也忽略不计；而在玻璃、冰、分歧液体中行进速度相差就比力大了。为了简洁计较，一般将真空或空气中光速采用30万千米/s。
真空光速是现代物理学中一个常量，在很多公式中都有运用。
那么质能方程中为啥也要用到光速呢？
这是因为物质动能量是与速度当作正比的，速度越大动量越高，这一点在经典力学也是一样的，所谓动量、冲量、动能、势能就是这个事理。但经典力学成立在绝对时空不雅上，没有光速概念，那时认为光速是无限的，是以动量、冲量、动能、势能就没有一个天花板，也就是顶。
这样，按照经典力学推论，没有光速限制，就永远也无法确定一个质量最大动量、冲量、动能、势能有多大，质量就无法与能量对接，更无法等价交换，就永远无法得出质能方程，
爱因斯坦恰是发现了光速这个天花板，并且光速极限，就锁定了所有物质活动速度的天花板，这个天花板就是299792458m/s。有了这个天花板，就为质量与能量等价互换缔造了前提，这就是物质活动达到最快时的动能，也就是物质的最大能量。
由此，一个伟大的公式降生了，这就是E=MC^2。
这个发现揭示了物质质量蕴含的庞大能量，也给宇宙形当作演化过程以及人类能源操纵供给了理论依据。按照这个公式，1公斤物质的能量全数释放，就约等于9*10^16J（焦耳），半斤八两250亿度电能。
但将物质所有质量转化为能量长短常很是难的，今朝人类距离这个能力还相差很远，只有天然界的力量才有这种可能，今朝认为只有反物质湮灭才可以或许达到。
而此刻人类把握的最大能量释放是核聚变，其质能转换率只有约0.7%，也就是1公斤质量（氢）经由过程核聚变，质量吃亏只有约7g（克），这7g质量可以转化出6.3*10^14J的能量，半斤八两1.75亿度电能，约合15万吨TNT火药爆炸威力。
即即是核聚变这种低程度的质能转化，今朝人类还只能以不成控体例实现，也就是氢弹爆炸能量刹时释放。而可控核聚变，是让能量迟缓释放，才能造福人类社会，这个手艺实现难度很大，至今还在尝试攻关中，进展迟缓。
在质能方程里，任何物质质量都是等价的。
也就是说，按照质能方程，1kg棉花和1kg黄金或者1kg火药的质能都是一样的。
问题是要将质量转化为能量，不是一般常识认为只要“烧”就能烧出来，而是需要庞大的压力和极高温度，如在太阳焦点，将宿世界最简单最轻的物质~氢转化为氦，就需要3000亿个大气压和1500万度的高温，越重的原子核发生聚变反映的温度和压力要求越高。
而核聚变获得的能量还只是原子核中吃亏的很小一部门，不到1%。要从质量中榨出更多的能量，除了反物质可以达到100%，这此中还有99%的空白，在将来人类科学成长中，需要去填补。尽力吧，有谁可以或许让质量里的能量可以或许转化2%，他就是现代人类中大神级的人物了，什么诺贝尔奖完全不在话下。
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