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互换关系，让人类对天然纪律熟悉获得了一次冲破性的晋升，从而揭示了宇宙万物降生的根源，也为人类将来能源操纵供给了一把金钥匙。
质能方程的焦点是质量和能量可以或许等价交换。所谓等价交换，就是彼此都可以或许转换，这样当然质量可以或许转化为能量，能量也能转化为物质了。至于此中的事理和证据，就请耐着性质看完。
先说下质量转化为能量
爱因斯坦质能方程有一套复杂完整的推导过程（下图），最后浓缩当作一个简单的公式：E=MC^2。这里的E代表能量，M暗示质量，C暗示光速。从这个公式，我们可以看到，质量转化出的全数能量长短常惊人的。
按照公式计较，1kg质量（忽略物质属性）全数转化为能量，能获得约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数能量，或者半斤八两250亿度电，或者2151万吨TNT火药爆炸威力（半斤八两1千多颗广岛原枪弹同时爆炸）。
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多年时候里，履历了无数次尝试验证，所有结论都精准合适这个理论。但要将质量转化为能量的前提长短常苛刻的，需要超高的温度或庞大的压力。
太阳焦点的核聚变就是在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，将部门质量转化为庞大能量，以电磁辐射的体例源源不竭释放到太空。
人类曩昔利用能源体例，如烧煤烧油等，并不是质能转化，而本家儿如果化学转变，其质能转化率长短常低的。如燃烧1kg煤只能获得29307000J的能量，如按质能方程计较，质能转化率只有约3*10^-10，也就是300亿分之一。
此刻人类把握的最大质能转化能力为核裂变和核聚变。
人类把握的核裂变手艺已经从不成控到可控，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，半斤八两约2500万度电能；而核聚变还处于不成控阶段，只能以氢弹爆炸的体例刹时释放能量，这种转化率约达到0.7%，比核裂变晋升了近7倍。但可控核聚变依然在试验开辟过程中，进展迟缓。
质能转换的完美体例是正反物质湮灭
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%。反物质碰到正物质，会当即发生湮灭，同时释放出100%质量蕴含的能量，是以被认为是最完美的质能转化。
反物质在天然界遍及存在，早就被科学证实了。如我们人体和喷鼻蕉都有少量的钾-40，钾-40是自然同位素，在衰变时就会释放出正电子。构成我们宿世界物质的原子外层电子都是带负电的，是以正电子就是反物质。喷鼻蕉每75分钟会释放一个正电子，可能有人会说，宿世界上这么多喷鼻蕉，还有70多亿人，还有其他很多物质，若是都释放反物质，那这个宿世界怎么还存在呢？
其实这些正电子等反物质在我们宿世界是极其微量的，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摆列亿亿个质子或电子，我们四周的空气每立方厘米就有2700亿亿个大气分子。是以这些反粒子刚一呈现，就当即与正粒子湮灭了，而我们毫不察觉。
恰是反物质具有很难在天然界存在的特征，捕获保留反物质的前提就很是高且苛刻。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，还要用磁阱节制，不让反物质碰着任何处所，才可以或许勉强节制住反物质很短时候。
颠末几十年尽力，科学家们破费了难以估计的能量，全宿世界制造出来的反物质还不敷烧开一杯开水。是以要实现用反物质作为能量或动力，造福人类社会，今朝还只能是一个胡想。
那么能量转化为物质有怎么证据呢？
良多人对这个问题有质疑，认为，若是质能转换是是一个科学理论，质量和能量是等价的，就可以或许彼此转化。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，说这话的只能说是目光如豆，本身没看到，并不克不及申明没有。
能量转化为物质当然更难，要知道2500万度电一点都不漏失落，全数转化为物质，才可以或许转化出1g（克）质量。2500万度电是几多？若是一家人一年用电1000度的话，可以供给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数转化，才可以或许发生1g物质。
并且这种集中前提还很是苛刻，要求这些电刹时释放，这种威力半斤八两于1.65颗广岛原枪弹爆炸释放的威力，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尝试，用庞大的能量鞭策两束铅离子束相标的目的而行，当极端接近光速时让它们相撞，在撞击的刹时爆发出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起头发生物质，这种物质叫“夸克—胶子等离子体”，是发生原子核的前奏。
科学家们还经由过程尝试，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，同时还发生了一对正反物质粒子，如正反质子或电子对。以上尝试，是人类在地球上用能量制造出物质的典型证据。
我们宇宙中所有物质，都是从能量中转化而来。
爱因斯坦质能方程解开了宇宙降生物质来历之谜，也给大爆炸宇宙模子更有利的撑持。此刻这个模子已经当作为了科学界本家儿流共识：宇宙发源于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起头了。在宇宙大爆炸起头时，能量以高能光子的形式呈现，这些光子彼此碰撞就发生了夸克、胶子、电子等根基粒子和反粒子，那时的宇宙就像一锅超高温的粒子浆糊汤。
宇宙大爆炸起头后万亿分之一秒时，温度下降到了约1000万亿度，起头形当作质子和中子。这时的宇宙已经形当作了组装原子的各类根基粒子：质子、中子和电子，以及原子核的粘合剂胶子。随后，这些粒子组装当作为氢、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，是以那时辰的宇宙是不透明的，中性原子也无法形当作。
一向到大爆炸起头38万年今后，宇宙已经冷到了3000K的温度，这时辰，原子核和电子才有前提连系当作中性原子，以元素构成的物质呈现了。整个宇宙本家儿如果氢和氦构成，还有少少量的锂，其他元素都还没有发生。
因为引力感化，氢氦构成的原始粒子垂垂堆积当作团，形当作原始星云。这些星云碰撞缩短，垂垂形当作了恒星和星系。今后经由过程恒星演化和超新星大爆发，在高温高压的核聚变过程中，逐渐发生了氢氦锂以上更重的元素。现在我们已知宇宙中存在的118种元素，都是经由过程恒星演化和大爆炸得来的。
此刻我们宇宙千姿百态的物质，地球上亿万生态物种，都是由这些元素构成的。是以我们宿世界上所有的物质，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。
大爆炸前的能量奇点哪里来？
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庞大的能量呢？这是另一个话题，说来话长，并且科学界至今也并没弄清晰，我也不克不及随意下个定论。
但我们可以按照今朝理论做些切磋。一般认为，奇点处是我们宿世界时空的汇集点、消逝处，不受人类认知的科学约束，或者说人类所有科学理论在那边都掉效。是以宇宙奇点是是研究的禁区。
但量子力学对大爆炸起头前有一个猜想，这就是真空零点能理论。这个理论认为，在时空还没有呈现之前，也就是在虚无的真空中，储藏着庞大的真空零点能，这是宇宙的本底能量。这些能量会以量子泡沫的状况随机扰动，以虚粒子对（正反虚粒子）形式不竭涌现又刹时湮灭。若是这个宿世界是完美对称的，宇宙就永远不会呈现。
但杨振宁和李政道创立的“弱彼此感化中宇称不守恒定律”，打破了这种完美和均衡。在这之前，科学界一向认为宇称是守恒的，这就像一个死胡同，无法诠释宇宙大爆炸这一时刻。此刻这个死胡同被打开了一条通道，宇宙大爆炸的呈现就合理了。
量子随机扰动的虚粒子对，有那么一个勒索了，没有湮灭，就是我们宇宙的奇点，这个奇点不竭膨胀，就当作为了今天的宇宙。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，倒是所有宇宙发源猜想中最具有说服力和证据的猜想。
尽管宇宙发源依然没有定论，但质能方程的准确和切确，迄今没有一例反证能挑战这个理论。就说这些，接待会商，感激阅读。
