质量与能量的关系

老颜童

          下面这幅照片是从广东省高中教材高中一年级《地理》中的一则阅读材料拍下来的，材料中有这样一句话“其亏损的质量转化成了能量”，这句话向学生传授了这样的一个错误的观点：质量可以转化为能量。这册高一《地理》是由人民教育出版社出版的，作为最权威的教科书出版社出版的教材，出现这种明显的科学观点上的错误是极其不应该的。

http://s13/mw690/00321GeWgy6HtzzJ0M4cc&690

        1905年，爱因斯坦发表论文《论动体的电动力学》，建立狭义相对论。狭义相对论的重大成就之一就是建立了质能关系式，也称为质能方程，其表达式如下：

http://s8/mw690/00321GeWgy7032SBFkj47&690

         对上式的质能方程可以简单地理解为：物质所具有的能量与其质量成正比。上式表明了质量与能量的一个普遍关系：一个系统，一个物体，一个质点或一个粒子的能量变化同时都有相应的质量变化，任何质量的变化也同时有能量的变化。质量、能量都是描述物质属性的物理量，属于“一体两面”，并不存在着能够发生转化的本质关系。

         为了更好地理解质量与能量的关系，可以打个比方：质量是硬币的正面，能量是硬币的反面，这硬币就是物质。若将硬币反过来，反面成了正面（正面成了反面），我们看到了反面，但不能说成是反面转化成了（或者变成了）正面，因为为反面本来就是存在着的，只是在硬币反转过来时表现出来而已。

         错误地认为质量转化为能量的根源在于核反应的质量亏损（即反应前粒子的总质量与反应后粒子的总质量之差）。例如，一个质子和一个中子结合成一个氘核的聚变反应：http://s9/mw690/00321GeWgy70334VMr628&690         质子的质量与中子的质量之和为2.01595原子质量单位，氘核的质量为2.01360原子质量单位.质量亏损设为Δm，则有：http://s13/bmiddle/00321GeWgy7034csN521c&690其中H代表质子，n代表中子，D代表氘核，则Δm=0.00235原子质量单位，这个核聚变反应能释放出2.2MeV的能量。

        由于没有正确理解爱因斯坦的质能方程，错误地认为亏损的质量Δm转化为能量了。

        质子与中子两者的质量之和大于氘核的质量，说明质子与中子两者所具有的总能量大于氘核所具有的能量。当上述核聚变进行时，生成的产物—氘核的质量较小所具有的能量相应地也较小，由于能量守恒，会有能量释放出来，能量的释放是以辐射的形式进行的。反应中放出的γ射线也具有“动质量”，故而系统中物质的质量是守恒的不变的，不存在质量转化为能量的关系。更简单地讲，就是核反应中，质量亏损指的是反应前后粒子的“静质量”发生了变化。