Parry62

01

质能方程

依据爱因斯坦的质能方程，质量和能量等效。

质量和能量之间可以相互转换，方程如下：

式子中E就代表能量，M就代表质量，c是光速，大小为三十万公里每秒。

这个公式中的M可以是任何有质量的物体。一公斤杯子和一公斤白菜的质量是一样的，都是一公斤（也就是1kg），所以它们完全转化后的能量也是一样的。

02

1公斤质量对应的能量有多少？

如果1公斤的物质，全部转化，相当于多少能量呢？可以烧开多少20摄氏度的水呢？

我们做个简单的计算：

列方程如下：

其中C水，指的是水的比热容。

计算可得M=2.679×10^11kg=2.679亿吨

基本相当于四分之三个青海湖，全部烧开了！

宇宙物理学

答：准确地说，任何1千克静止质量的物体，100%转化为能量都是相等的。

但是要把普通物质转化为能量非常难，目前人类能做到的就是核聚变与核裂变，其中核聚变反应发生的质量亏损率约为0.7%；理论上能达到100%质能转化的，只有正反物质湮灭。

爱因斯坦通过狭义相对论推导出了质能方程，质能方程描述，任何有静止质量的物体，都蕴含着远远高于化学反应的能量，甚至从某种程度上说，质量和能量是统一的。

比如自由质子的质量为1.007276u，自由中子的质量为1.008665u，但是两者结合成的氘核（2H），质量却只有2.013553u，其中有0.002388u的质量发生了亏损，并转化为能量。

如果一个质子和反质子相遇，那么正反质子就会发生湮灭，然后100%转化为能量，能量载体为光子、中微子或者其他轻子。

所以，从理论上说，1公斤杯子和一公斤白菜，所包含的相对论能量是相同的，大约是：

E=mc^2=9*10^16焦耳；

相当于307万吨标准煤释放的能量，或者2100万吨TNT当量。

不过普通物质发生常规物理变化或者化学变化，都是原子间的化学键或者分子力起作用，能量转化非常少；要使物质发生原子核层面的变化，难度要大很多。

从本质上说，宇宙中的一切物质，在宇宙大爆炸时都是能量，随着宇宙温度的降低，各种粒子才得以形成，各种物质才得以出现；能量并不是蕴含在物质中，而是质量是能量的其中一个属性，

所以在广义相对论场方程中，不再使用质量这一物理属性，而是使用能量和动量来描述物理规律。

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当然一样了！只要你能让1公斤的杯子和1公斤的白菜在这个宇宙中完全释放能量，自身消失，那么它们放出的能量将是完全一样的。

其中原理爱因斯坦老爷子100年前的质能方程E=mcc就已经说得非常清楚，也极其简练，无须多说了。我们感兴趣的是，如何才能让它们把能量全部释放出来。

现在能够引发质量损耗的有三种反应，裂变，聚变和反物质湮灭。裂变反应大约会损失千分之一的质量，所以大约只释放了千分之一的能量；聚变反应会损失千分之七左右的质量，所以释放的能量也不到百分之一；而物质与反物质之间的湮灭反应，将使所有物质消失，所以是百分之百的能量释放。

所以题主要想验证一下1公斤杯子和1公斤白菜蕴含的能量是否相同，不妨去找1公斤反物质杯子和反物质白菜，把它们放在一起，通过测量它们湮灭产生的能量，就可以知道是不是一样的了。顺祝题主验安，另外，题主找到后要做实验的时候，麻烦提前吱一声哈！

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这个问题量子菌来回答，1905年，爱因斯坦提出质能方程，认为质量和能量是相关的。单纯根据爱因斯坦质量与能量的关系E=mc^2，一公斤的物质都具由与其质量相关的能量。

事实上，这种能量也只是纸面上数学计算的能量，包含在物质里的能量可以用质量乘以真空中的光速的平方来表示。但怎么获取和利用这些能量，就不是爱因斯坦所考虑的了，在1905年，人类还没有了解到原子核反应，这个公式也只是单纯的理论。

通过核物理的研究，人们发现了原子核中，当两个核子结合成核以后，总体具有的能量小于单独构成的两个核子具有的总能量，这种结合前后具有的能量之差，就是结合能。例如氦核由两个质子和两个中子构成，但氦核的质量确小于构成它的这些核子的质量之和。这说明，在结合成氦核的过程中，存在着质量亏损。

在核反应中，只有这些亏损的质量，才能按照爱因斯坦质能方程，释放出相应的能量。例如太阳内部就无时不刻的进行着核聚变，因此太阳也在相当于燃烧自己，按氢质量来计算，它还能维持几十亿的寿命。而原子核中，大部分质量没有变化的部分，根本显示不出来能量的变化。所以对物体的质量进行能量转化，效率是非常低的。

量子实验室

根据爱因斯坦质能方程，质量相同则能量相同，那1公斤杯子和1公斤白菜的能量一样吗？

质能方程E=mc²，E表示能量，m代表质量，而c则表示光速（常量，c=299792.458km/s）。由阿尔伯特·爱因斯坦提出。

在经典物理学中，一般认为质量是物质能根本属性，而能力只是物质的一般属性，质量和能量是两个完全不同的概念，它们之间没有确定的当量关系。但是在狭义相对论中，能量概念有了推广，质量和能量有确定的当量关系，物体的质量为m，则相应的能量为 E=mc²。

所以根据爱因斯坦的相对论，我们知道：那1公斤杯子和1公斤白菜的能量一样。

既然结论是那1公斤杯子和1公斤白菜的能量一样，但是我们主观感觉好像不一样呢？这个问题又是出在什么地方呢？那是因为虽然爱因斯坦在狭义相对论中揭示了质能之间的关系，但是让不同物质的“质量”转化为能量的难度不一样。

比如我们熟知的铀235，是自然界至今唯一能够发生可控裂变的同位素，主要用做核反应中的核燃料，也是制造核武器的主要原料之一，其本身在自然界中就可以自行裂变，失去质量，放出能量。而人类至今为止还没有找到任何方法使得类似杯子、白菜能普通物质发生裂变或者聚变的方法。

根据上面的说明，我们可以得出如下结论：虽然任何一公斤的物质所含的（核）能量都是相同的，但是让不同的物质释放出其所含的（核）能量的难度不同。

其实爱因斯坦的相对论也是根据理论推导出来的，其推导结果本为：

可以描述为：物体释放出的能量等于物体损失的质量与光速的平方的乘积。其本为在研究物质质量损失与能量关系的方程，后来拓展到质量与能量的关系。虽然这种拓展在理论上式成立的，但是在实际操作中肯定存在巨大的困难，也是因为这个才让很多人有类似题主的疑问。

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白说世界

实际上，就是这样。

质能方程

质能方程是1905年爱因斯坦在一片论文里面发表的，我们现在的写法一般是E=mc^2。

实际上，当时他的写法并不是这样，而是c^2=E/m。这其实并不影响我们理解题主的问题，注意看这个公式，它直截了当的告诉我们质量如果完全转化为能量，能得到多少能量，这里有质量这个参数，也就是说把一千克带进入就可以得到，和具体是什么东西并没有什么关系。

1公斤杯子和1公斤白菜的能量

我们把数带进去算一下，这结果大致为9×10^16焦耳，这数到底有多大呢？1吨TNT炸药含有4.184×10^9焦耳的能量，也就是说，1斤白菜(杯子）相当于2151万吨的TNT炸药，相当于1536枚在二战中广岛上引爆的“小男孩”原子弹。

很难实现转化

所以，其实物质内部所蕴含的能量还是相当的恐怖的。但是要实现物质到能量的全部转化其实以现在人类的技术是根本不能做到的。我们利用的技术，核聚变其实也只是将极其小的一部分质量转化为能量。

但是如果要把一坨物质直接转化为能量其实我们还做不到。目前，能实现一个电子和一个反电子的湮灭，是唯一能够完成的质量到能量的完全转化。但要制造出1公斤反白菜，这还只能说算是在科幻的范畴内才会有。

钟铭聊科学

根据爱因斯坦的质能方程E=mc^2，一公斤杯子与一公斤白菜的原子能量是相同的，注意，我说的是指原子能，从广义的角度也包括不同原子相互结合的化学键能，以及热能，因为化学键能、热能也是原子能的转化形式。按照相对论，同一物体随着运动速度的变化，质量也将发生变化，所以，原子能也包括了动能，只是在我们日常速度范围内，速度变化引发的质量变化很微小，因而转到牛顿力学范围，我们可以把质能公式中的质量与能量简单地理解为静态质量与静态能量，但是，原子能不包括势能！如果你把杯子放在离地面一米高的桌子上，而白菜放在地上，那么一公斤杯子就比一公斤白菜多出了一米高差的势能！

物质总能的算式可以简化为:

物质总能=原子能+势能

按照质能方程，物质贮存着巨大的原子能量，但即使是核裂变与核聚变技术，其质能转化率也仅分别为0.13%与0.7%，不足1%。

一些物理专业的学生把质能方程中的质量理解成"亏损的质量"，这种理解是错误的，如果用亏损的质量计算能量，所计算出的原子能量值，是已完全释放的能量，不包括物质尚未释放的原子能！

一些物理学教授，把爱因斯坦的质能公式中的能量，曲解成为包括原子能与势能在内的全部能量，并以质量相同，但高差位置不同的物体存在能量差别为理由，盲目地质疑爱因斯坦质能公式的正确性，这是太滑稽了，连这么简单的物理公式也理解错误，由此可见近几十年中国教育已严重滑坡！

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主流科学好象都认为，物质可以变能量，能量可以变物质，他们也是这么理解爱因斯坦质能方程式的。对这种认识，我不敢苟同。个人认为，能量只是物质的一个属性，并不完全等同于物质，从来就没有机械能、电能、风能、化学能、核能、潮汷能等等能量，直接变为物质的事实，有人认为太阳能可以直接变为物质，理由是植物的光合作用。这种认识也很片面，叶绿体制造淀粉纤维，的确需要光合作用，可大家别忘了还有二氧化碳和水以及多种矿物质的参与，没有这些其它物质，仅仅一个光能量，叶子是不可能制造出淀粉的。物质生成必须有能量的参与，是正确的，但是，能量直接变为物质的例子，还没有，即使是在微观粒子世界，也没有听说那个科学家，用能量生成了粒子，现实世界更无此一例。个人认为，能量只是物质的结合能，物质在聚为个体时，同时聚集能量，又在弥散时，释放能量，能量与力好有一比，力是物体产生的，谁也不会认为，力就是物体，同样，能量来自于物质，也不等同于物质。不同的物质，其结合能大小也不一样，题主所列举的两种重量的物质，所含能量肯定不一样。1公斤炸药与1公斤铀所含的能量，更是相差太多了，粒子的结合是核能，题主举例的两个物质由化学能即能结合，两种结合能不在一个层次，即使是同为化合物，不同化合物的化合能量大小也不同。因此，本人相信，物质含有能量，但能量不等同于物质。一点浅见，欢迎阅者提出高见。

长眉1958

确实是一样的。爱因斯坦的质能方程表明，物体所蕴含的能量与其质量成正比，比例系数为光速平方。有多少质量，就会包含多少能量，这与物质的组成无关。不管是1公斤的杯子，还是1公斤的白菜，或者是1公斤的水，它们都蕴含着完全相同的能量，其大小约为9×10^16焦耳。这个能量极其巨大，其当量相当于2140万吨TNT，或者1000枚投向广岛的原子弹。可见，每个人本身都拥有满满的能量。

尽管如此，我们知道，杯子、白菜或者水都没有危险性，它们并不会随意释放出自身所具有的巨大能量。就人类目前已知的情况来看，只有一种方法能让普通物质完全转化成能量，那就是让它们与反物质发生湮灭反应。普通物质都是由质子、中子（除了氢之外）和电子组成，而反物质是由反质子、反中子（除了反氢之外）和正电子组成。反物质除了质量与正物质相等之外，其他所带电荷、自旋等物理学参数都与正物质相反。正反物质一旦接触在一起，就会完全湮灭掉，所有的质量全都转变成能量。

在宇宙中，质量转化成能量的反应很常见，只不过不是通过正反物质湮灭的方式，而是通过核聚变反应的方式。恒星的内部可以把四个氢原子核结合成一个氦原子核，该过程会有质量损失，这些质量就会转变成主要以伽马射线为形式的能量，所以像太阳这样的恒星可以发光发热。不过，恒星的氢核聚变的质能转化效率比正反物质湮灭低得多，只有0.7%。

从质能方程中还可以看出，质量和能量的转化不具有方向性，这意味着纯能量也能转变成物质。根据目前的标准宇宙模型，无论是杯子、白菜或者水，宇宙中的所有物质都是来自于138亿年前宇宙创生之时的纯能量。

火星一号

有点小插曲，请耐心看完。下面是原文：

首先纠正一个字，“柸”字应该是“钚”字。因为柸同杯，是杯子的意思，

而“钚”是人工放射性同位素，是同铀一样的核裂变材料，能放出巨大的能量。它还具有超高辐射能，常用来做同位素温差发电机即核电池的燃料，这次我国发射的嫦娥四号着陆器和巡视器上都安装这种核电池，

同位素温差核电池

利用钚元素衰变辐射的热量帮助嫦娥四号度过漫长的月夜，零下180℃的月球黑夜，如果没有核电池，探测器的仪器都会冻坏。

玉兔二号月球车

从以上叙述可以看出，题主的意思应该是能产生巨大能量的“钚”字。所以正确的题目应该是“根据爱因斯坦的质能方程，质量相同则能量相同，那1公斤的钚和1公斤白菜能量一样吗？”

爱因斯坦的质能转化方程式E=mC²说的是物质的质量和能量是可以互相转化的，且符合这个关系式。不错，能量和质量是物质的两种表现形式，但大多时又是一体两面，即同时共存，两者仍然满足这个关系式。根据这个质能方程E=mC²（E为物质的总能量，m为物质的质量，C为光速常数）可知，物质所含的总能量只跟质量有关：相同质量的物质，它们的总能量也是相同的。所以1公斤钚和1公斤白菜总能量是一样的。注意这里说的是物质所含总能量，不是物质在一定条件下能放出的能量。不同的物质能够放出的能量是不同的。作为核材料的钚不管是核裂变还是衰变，产生的质量亏损全部转化为能量，放出的能量可以用E=△mC²（△m为亏损质量）计算。钚的裂变损失质量百分比为0.096，合计96克，1公斤钚完全裂变放出的能量相当于20000吨当量TNT。而1公斤白菜即使是晒干的白菜烧火放出的热量尽多够做一顿饭的。

令人可笑的是，刚写到这里要发布，题目忽然变了，“柸”字真变成“杯子”了，前面写的岂不白写了？仔细一想，觉得也没关系，无论是“柸”、“钚”，还是“杯子”都是一样的，都满足质能关系式，1公斤它们和1公斤白菜的总能量是一样的，只不过杯子在常规条件下放不出热量，连白菜也不如。

關鍵字: 能量 科学 方程