在很多科普作品里我們都看到過說核聚變是質量轉化成能量，證明了愛因斯坦的質能關系。

（氫彈爆炸，圖源：ATOMIC HERITAGE FOUNDATION原子能遺產基金會

核聚變并不是質量轉化成能量？

但近年發現有很多人糾正這種“錯誤”說法，說核聚變并非質量轉化成能量！原因是核聚變過程中粒子數并沒有變少，比如兩個氘核（氫的同位素，由一個質子加一個中子組成）發生核聚變后，產生一個氦核，而氦核就是由兩個質子加兩個中子組成的。因此整個核聚變過程中核子數并沒有變化，組成核子的夸克數也沒有變化，因此質量并沒有轉化成能量，過程中所釋放的實際上是結合能。

（中科院物理所科普截圖）

這似乎也解釋得過去，核聚變釋放了能量，兩個氘核聚變成一個氦核的過程中質量確實減少了，但這減少的質量實際上是來自于能量——結合能。但是習慣思考的同學一定會產生疑問：結合能顧名思義不是使核子結合在一起的能量嗎？為啥結合后反而減少了？難道結合能是負能量？

（氘氚核聚變，圖源：Universe Today）

其實這是望文生義產生的誤解，這里的結合能用另一個名詞可能就沒有歧義了——分離能。分離能顧名思義就是把氦核重新分離成兩個氘核所需的能量，根據能量守恒，分離能等于結合能，也就是忽略核反應前后原子核的動能變化，兩個氘核核聚變時釋放的能量=使兩個氘核重新分離時所需的能量。

（氘原子，圖源：加州伯克利分校）

大概的定義捋清楚后，我們來談談這結合能究竟是算質量轉化成能量還是一種能量轉換成另一種能量？我個人的理解是：質量轉化成能量！因為假如我們忽略動能，兩個氘核的質量在反應后確實減少了，最終生成的氦核質量比兩個氘核分開時少了，即所謂的質量虧損，注意，忽略動能的情況下，反應前后的質量都是靜質量，即慣性質量，我個人認為這就是氘核的質量轉化成了能量。

（核聚變質量虧損，圖源：QS Study）

如果不認同這一點，那么“反物質湮滅質量100%轉化成能量”的說法也是錯誤的！因為一個質子的質量里只有約1%是來自于組成它的三個夸克，其余大約99%都來自于束縛三個夸克的膠子（強相互作用傳播粒子）的束縛能和夸克自身的動能，也就是說，質子的質量里99%都來自于能量，如果按照上面結合能不算質量轉化能量的標準，那反物質湮滅也不能稱為質量100%轉化成能量！

（反物質，圖源：ESO）

然而反物質湮滅中質量100%轉化成能量已經是科學界共識了，所以以此邏輯，核聚變的質量虧損就是質量轉化成能量！接受反駁。

（反物質湮滅，圖源：vocal.media）

當然，你還得把費曼先生一起反駁了，因為他也是這么說的……

（費曼物理學講義截圖）

質量究竟是什么？

最后，我們來探討一下質量究竟是什么？上面問題的爭議點其實就在質量如何界定上，也就是結合能算不算質量？從前面質子質量來源我們可以看到，我們所定義的質量，實際上很大程度上就來源于能量，但這是原子和亞原子粒子的質量來源，那基本粒子呢？在量子力學里，基本粒子的質量來自于與希格斯場的相互作用，但我這篇文章討論的并不是量子力學，而是相對論的質能關系，因此我們要從相對論的視角來討論質量究竟是什么。

（質能方程）

在1905年，即所謂的愛因斯坦奇跡年，愛因斯坦發表了五篇重量級的科學論文，其中兩篇就是后來被稱為狹義相對論的論文，其中第一篇是研究運動物體與時空關系的，第二篇就是本文所討論的質能關系。而當初愛因斯坦得到的質能關系實際并不是上圖這樣我們經常看到的E=mc2，而是E=△mc2。這里的△m代表的是質量的變化量。在那個時代，還沒有發現反物質湮滅這種物理過程，包括運動物體趨近光速時質量的相對論變化和靜止物體輻射光子后的質量變化，所考慮的都是變化量。

（質速關系）

到1932年，狄拉克所預言的反物質被發現，它能與普通物質完全湮滅的奇異特性，使人類對質量與能量有了更深的認識。但直到相對論質能關系發現40年后的1946年，愛因斯坦才正式把質能關系式修正為E=mc2，修正后的質能關系可用文字表達為：質量為m的物質粒子具有mc2的內稟能量。

（愛因斯坦）

這個修正后的質能關系可以變相理解為：質量就來源于能量。從相對論力學去理解質量就是：質量是能量的一種特殊表現形式。我個人的進一步理解（僅供參考）是：物質只是一種特殊的能量形式。也就是當能量以相對靜止狀態出現時，它就表現為質量，并具有慣性！要論證這一點需要從黑洞的物理特性入手，我將在下一篇文章詳細分析，敬請關注。我是星宇飄零，關^_^注我，和你分享更多有趣科學知識。

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