昨天有一位读者向我提出了这样一个问题：能量是如何转化为物质的？
首先来说：网友对于这个问题的表达可能有不规范之处，物质是指所有的客观存在，所有物质都包含质量（静止质量或者运动质量）与能量，两者是包含与被包含的关系，所以我将这个问题理解为：能量是如何转化为质量的？
能量与质量是可以相互转化的，其理论基础来源于爱因斯坦创建的相对论物理理论中的质量与能量转化公式，即质能公式，其数学表达式为：E=mc²，E代表物体的总能量，m代表物体的总质量（静止质量与运动质量），c代表光在真空中运动的速度，这里需要解释一下，在牛顿创建的经典力学中，牛顿认为静止物质是没有能量的，但爱因斯坦的质量方程却提出：静止物质内部也蕴含了静止能量。
物质的能量等于物质的质量乘以光速的平方，这个公式是十分优美而简洁的，爱因斯坦的质能方程很好的解释了：为何小小的原子核，在发生裂变反应之后竟然能产生如此巨额的能量的问题，但原子弹内的重金属原子核裂变反应转化率并不高，甚至不足1%，这说明它却并没有将物质的质量完全的转化为能量，举一个直观点的例子：如果我们能将人体内部的核能完全转化为能量，那么这股能量足以将整个太阳系毁灭掉，目前，最理想的质能转化模型是正反物质的湮灭。
我们可以将E=mc²变形后，就会得到m=E/ c²这个公式，这意味着能量也是可以转化为质量的，质量转化为能量，这个其实并不能理解，而且已经有了比较直观的案例可以借助我们参考，可是能量如何转化为质量却是一个很抽象的问题，虚无缥缈的能量如何才能看得见、摸得着的、具有质量的物质呢？下面我分别从天文与量子力学的角度解释一下这个问题。
宇宙暴胀理论是众多解释宇宙诞生模型的一种，宇宙暴胀理论认为在发生大爆炸后的一段极短时间内（10-36 秒~10-32秒），刚刚诞生的宇宙体积开始以指数倍的形式快速膨胀，这个膨胀速率是十分惊人的，宇宙体积的快速膨胀导致宇宙的温度开始下降，在这个过程中，宇宙一直保持着相对低温的状态，我们称这个阶段为：宇宙暴胀阶段。
在宇宙暴胀阶段之后，婴儿宇宙结束了庆祝诞生的狂欢，此时的宇宙虽然还在继续膨胀，但是膨胀的速度要比宇宙暴胀阶段小得多，由于宇宙膨胀速度减慢，所以宇宙的温度开始渐渐上升，宇宙暴胀过程中的巨额势能（能量的一种）开始渐渐衰变成各种基本粒子，这些基本粒子构成了如今宇宙之中的各种物质，势能衰变成粒子，就是能量转化为质量，或者能量转化为带有质量物质的例子，按照宇宙暴胀理论来说：我们生存的宇宙就是由宇宙暴胀后的巨额势能诞生的。
伽马射线是一种波长很短的高能电磁波，在宇宙中存在着一些高能伽马射线，当高能伽马射线与红外线（波长）相互作用时就会产生正反电子对，伽马射线与红外线都属于电磁波，是能量的一种，但是当高能伽马射线与红外线作用时就会产生正反电子对，电子是构成物质的最基本的粒子，虽然正反电子对会在极短的时间内湮灭，但正反电子却是由能量产生的、实实在在的物质，只不过这种现在通常会发生在我们的远端，通过天文观测很难发现。
我们可以利用大型粒子对撞机来模拟这种现象：我们可以使用高能电子去轰击光子，这样就会产生一对新的电子与光子，还会产生一对正反粒子并且快速湮灭，这对正反粒子是如何产生的呢？它们肯定不会是凭空产生的，一定是由能量转化来的。
量子涨落属于量子力学的范围，它是只能发生于微观世界的一种量子效应，量子涨落是由物理学家海森堡提出的不确定性原理推导而来的，推导的过程这里就不过多介绍了，感兴趣的读者可以看我以前的文章，这里就重点讲一讲量子涨落中能量转化为质量的现象，量子力学认为：在真空中会随机、凭空出现一组正反虚粒子对，但正反虚粒子对存在的时间极短，因为两者会快速湮灭，虽然这种凭空诞生物质的现象与经典物理学相悖，但由于正反虚粒子对会在极短的时间内湮灭，所以量子涨落现象并不违背宏观上的质量守恒、能量守恒定律。
那么问题来了，这组正反虚粒子对是如何产生的呢？量子力学认为：这组正反虚粒子对是从空间中偷走了一部分的能量，那么空间中会出现了一些能量缺损，但空间又要必须保证能量守恒定律，所以这组正反虚粒子对必须要在极短的时间内湮灭，并且将这部分能量还回去，才能保证空间结构的稳定，总结来说：这组正反虚粒子对是由空间中被丢走的能量产生的，这也是能量转化为质量的现象。
关于能量转化为质量的问题就讲解到这里，如果您对此有什么观点或建议，欢迎在评论区留言，优质的评论与留言有可能会被作为下一期文章的主题，如果您喜欢量子力学，请关注我，和您一起探索神奇的量子世界。
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