質能守恆定律

質能關係式表明，愛因斯坦把能量守恆定律和質量守恆定律統一為質能守恆定律。

在經典物理學中，質量守恆定律與能量守恆定律彼此是完全獨立的。因為質量的數值不決定於能量的數值，能量的數值也不決定於質量的數值。而且還有這種情況，即在系統與外界發生相互作用時，從經典物理學的觀點看來，系統的能量雖然不守恆，但質量卻可以是守恆的。這是因為在經典物理學中僅僅考慮系統內部各個物體之間的相互作用能。按照質能關係式，與各個物體的動能以及各個物體間的相互作用能相對應，也有一定的質量。這部分質量在經典物理學中通常是不考慮的。

在相對論中，由於質量和能量之間存在著當量關係，它們是密切聯繫著的。所以，對一個封閉系統來說，系統內一個物體的能量減少時，其質量也相應地減少；系統內另一個物體能量增加時，其質量也相應地增加。即從封閉系統的質量守恆，必然得到能量守恆，反之亦然。因而在相對論中，存在著統一的能量—質量守恆定律，這兩個基本的自然定律是緊密聯繫、完全一致的。這也從一個側面反映出物質和運動的不滅性以及物質和運動的統一性。

根據相對論動力學的基本方程和質量與速度的關係式，可以推出著名的相對論質能關係式：

E = mc

mc= Ek+moc

△E = △mc (3)

(1)式表明，具有能量E的任何物質(包括實體物質和場物質)同時具有質量m，物體的總能量與總質量成正比。

(2)式表明，物體的總能量由兩部分組成：一是物體靜止時具有的靜止能量；二是物體運動時才有的動能，物體的總能量等於它的靜能和動能之和。

(3)式表明，能量變化與質量變化之間的關係。

質量和能量都是物質的重要屬性。質量可以通過物體的慣性和萬有引力現象而表現出來；能量則通過物質系統狀態變化時對外作功、熱傳遞等形式而表現出來。在牛頓力學中，質量和能量之間，是相互獨立的，沒有關係的。在相對論力學中，能量和質量只是物體的統一力學性質的兩個不同方面。在表面上完全不同的事物之間，尋找它們內在的聯繫，這是自然科學的一個永恆的主題。1905年愛因斯坦的第一篇相對論論文發表后三個月，他又專門寫了一篇不到兩千字的論文來討論慣性質量與能量的關係，直到1907年才把完整的結論闡明。他的答案是：物體的慣性質量就是物體的能量的度量。這個富有哲學味道的科學論斷，就是常常被譽為新時代標誌之一的著名的愛因斯坦質能關係式。

愛因斯坦提出的質能關係式是相對論動力學的一個重要成果，在狹義相對論中佔有重要的位置。

愛因斯坦質能關係式指出質量和能量這兩個重要物理量之間密不可分的聯繫：一個物體的質量與它的能量之間有確定的數量關係；具有能量E的任何物質客體，同時具有質量m；具有一定質量m的物質客體也必具有和這質量相關的能量E。因此，質量不僅可作為物體慣性的量度，也可作為它能量的量度。也就是說，愛因斯坦質能關係式反映了物質的兩個基本屬性——質量和能量之間存在著的普遍關係和不可分割的聯繫：物體的質量與能量有固定的比例關係，它們是相互聯繫、相互制約的物質屬性，不是絕對對立和分離的；質量和能量同屬物質的屬性，它們互以對方的存在為自己存在的前提，世界上沒有脫離質量的能量，也沒有脫離能量的質量；有質量就有能量，有能量就有質量，不能把能量和質量分割開來。

相對論的這個發現，不僅推翻了把質量和能量“非此即彼”絕對化的形而上學的觀點，而且深刻地反映出任何物質自身屬性“變與不變”的對立統一。在一定意義上也表現了物質和運動的不可分割性：物質總是在運動，運動總是指物質的運動；沒有不運動的物質，也沒有無物質的運動。