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公元1905年，对于人类来说，这是极不寻常的一年，一名26岁任职于瑞士专利局的普通青年得到了一个关系式，这个关系式十分简单，只有E、m、c、²以及一个等号。这位青年便是阿尔伯特-爱因斯坦，而这个等式，便是号称世界上名气最大的公式——质能方程。从此，人类文明走入了新的时代。那么爱因斯坦是如何得到质能方程的呢？对于人类文明和整个宇宙来说，质能方程又有着怎样非同寻常的意义呢？欢迎收看大型娱乐节目回到2049第四季第五集《质能方程：解锁终极能量》。
爱因斯坦
质能方程
质能方程，我们都很熟悉，E=mc²。其中的符号E代表能量Energy，那么能量究竟是什么呢？
在物理学中，能量是指“能够使物体运动的那种能力”。比如说，放在这里的一部诺基亚，它什么也做不了，但是如果我们把它抛掷出去，就可以击毁正在那里挖鼻屎的黄博士，这就是说，抛掷出去的飞行着的手机拥有能量，在物理学中，以一定速度运动着的物体所具有的能量，就被称作“动能”。
一个物体的运动速度增加到2倍，它所具有的动能并不是同比例地也增加2倍，而是增加到4倍。也就是说，动能与速度的二次方成正比，用E表示动能，m表示物体的质量，v表示速度，那么就可以通过公式E=1/2mv²进行计算得到动能。所以即便你是老司机，开快车也是十分危险的，过年了，开车回家的朋友们一定不要着急，全国交警温馨提示：距离回家最近的路就是安全。
动能计算公式
当然了，将能量赋予手机的方式并不限于投掷，我们还可以把手机举到高处，高处的手机向下掉落，失去高度，却获得了动能，这同样会把黄博士砸的蛋疼。也就是说，把物体举到高处，它蓄积了能够转化为动能的另一种形式的能量，在物理学中，这种能量就被称为“势能”。
除了动能和势能之外，能量还可以有其他的形式，比如热能、电能、化学能等等。比如水力发电，就是位于高处的水的势能，转化为驱动水轮机的动能，然后再转化为电能。能量就这样从一个物体转移到了另一个物体之上。
其实严格来看，热能也是一种动能，因为我们可以把它看作是构成物质的分子或原子的动能。而化学能其实也可以看作是一种势能，比如当铜被加热时，内部电子转移到高轨道，当这种电子掉落到低轨道时，便发出了光，这就是化学能，自然也可以看作是电子所具有的势能。
在物理学上，我们通常是以“焦耳”为单位来表示能量的大小。1焦耳被定义为：质量1千克的物体以每秒每秒1米的加速度运动1米距离，所必需的能量。1焦耳的能量大约可以将一个原来位于地面的、质量为100克的物体，反重力举高到距离地面1米的位置。很好算，0.1kg×9.8m/s²×1m，最后就约等于1焦耳。
除了焦耳之外，还有一个常用的能量单位，这就是“卡路里”。1卡路里是使1g水的温度上升1℃所必需的能量，卡路里与焦耳的换算为1焦耳=0.24卡，或1卡=4.2焦耳。一位三四十岁的男性每天消耗的能量大约为2500千卡，也就是1050万焦耳，当然了对于黄博士这样的死肥宅来说，消耗不了这么多，而对于我这样的帅哥来说，消耗的则要多一些，因为每天晚上总有一些活动要进行。
看完了E，我们再来看看m。m代表“质量”mass，黄博士的质量大约就是90kg。听到千克，许多人想到的都是“重量”，而不是质量。确实，在日常生活中，对于质量和重量不加区分也没有多大关系，但在物理学中，是必须要将质量和重量严格区分开来的。
在地球上重量为90kg的黄博士，如果拿到重力只有地球1/6的月球上，那么他的重量便只有15kg。可见，同样一个物体，所处的环境不同，它的重量便会不同。但是对于黄博士的质量来说，无论放在那里，你就是放太阳上，它也不会改变。只有黄博士本身发生了改变，他的质量才会改变，比如说刚上完厕所的黄博士，质量一般会减少2-3kg。可见，质量就是表示一个物体本身所含有的物质数量的多少。
另外，质量还表示了物体所具有的另一个重要的性质。把身材苗条的小妹妹放在一辆滑板车上，你可轻轻松松拉着她前进，心里还美滋滋的。但要是换做黄博士的话，你拉起来可能就要费点劲儿了，而如果换做是大象的话，先别管滑板车能不能承受住，估计你是拉不动。可见，物体的质量越大，使它的速度发生改变的难度也就越大。质量大的物体，当它处于静止状态时，使它动起来会很难，同样的，当它处于运动状态时，使它停下来也不容易。这种情况，无论是在地球上，还是在没有重力的宇宙空间中，都是如此。也就是说，质量就是对改变运动状态难度的量度。
质能方程中的最后一个字母是c，这就不用多说了，c代表“光速”，其大小为每秒2 9979 2458米，一般我们可以取其近似值，那就是每秒3亿米，即30万公里。很多人会有疑问，为什么光速这一自然界中的量，却是一个整数呢？这是因为，米的定义就是根据光速来的，1983年，1米被定义为：光在真空中1秒钟行进距离的1/2 9979 2458的长度。在说真空那期的节目中我们说过，希格斯场对光子不产生作用，所以光子是无质量的，既然没有质量，那么光的运动难度就等于0，在目前已知的宇宙中，我们还不知道有什么物质拥有光子一样的禀赋，所以，至少现在来看，在我们这个宇宙中，还没有比光更快的速度存在。虽然空间膨胀速度可以超过光速，但这是空间固有的性质，而无论在何处的空间中，任何物体的运动速度都不可能超过光速。
希格斯场
以上我们便把质能方程中的各个物理量介绍了一番，由此，我们便了解了质能方程所包含的惊人的意义了。首先，就是这个c²，只要一乘上这个c²，那么我们就会发现，一个十分不起眼的物体就蕴含着惊人的能量。比如说一个质量为1g也就是0.001kg的物体，将其代入质能方程中，结果为，这个物体所蕴含的能量是90万亿焦耳，即21.6万亿卡路里。我看我现在大约一个月的用电量是300千瓦时，也就是10.8亿焦耳，那么这1g物体所蕴含的能量，就能让我用83000个月，足够让我用到8900年了。到那时，我将再次谈笑风生。
为了凑合时间，我们再举一个例子。满员的波音777客机，在北京和上海飞一个单程1000公里，大约需要消耗9900升燃油，1升燃油产生的能量大约是3670万焦耳，所以往返一次所需的能量就是9900升×3670万焦耳×2，结果是7270亿焦耳，90万亿除以7270亿，结果约等于124，也就是说，1g质量所蕴藏的能量，可以供满员的波音777在北京和上海之间，往返飞行124次。为什么要举这个例子呢？因为从上海来到北京意义重大，实在是不知道高到哪里去了。
好了，基本上炒了10分钟冷饭，现在可以出锅了。虽然我在镜头前既无法跨越空间也无法穿越时间看到你此时的表情，但我可以想象，你现在一定在想，这TM什么玩意儿，拿高中东西拿糊弄我们么？我相信你此时的表情，就好似一个仰面朝天的小妹妹，面无表情、麻木不仁，感觉今天真是白来了，一点都不刺激，想装出很享受的样子还装不出来。不要紧，正所谓柳暗花明又一村，现在我要想办法满足你，我们来推导质能方程。
1905年6月，爱因斯坦发表了狭义相对论，可能是太着急了，就在狭义相对论发表之后没多久，爱因斯坦才发现自己漏写了一个结果，于是他在9月又发表了一篇论文，以作为狭义相对论的补遗，正是在这篇论文中，爱因斯坦提出了质能方程。
可见，要想推导质能方程，我们就得首先搞明白狭义相对论。关于狭义相对论与广义相对论的话题，我们曾在2017年的节目《狭义相对论与广义相对论》中做过专题介绍，今天就简单说一下。
狭义相对论拥有两个基本原理。其一是“相对性原理”，这个原理是说，不存在绝对的基准或参考系。爱因斯坦认为，无论是由一个处于静止的人观测，还是由一个处于一定速度的人来进行观测，所有的物理定律都是一样的。
其二是“光速不变原理”。从16岁开始，爱因斯坦就在思考一个令他备受困惑的难题，那就是如果追赶光速的话，会是怎样一种情形呢？在经典物理学中，我开车时速100公里，黄博士开车时速80公里，那么当我超越黄博士时，在黄博士眼中，我的速度就是时速20公里。也就是说，平时我们确定物体的速度，都必须要有一个进行观测的参照物，也就是基准。但爱因斯坦思考的结果是，唯有光速是个例外。虽然我和黄博士在以不同的速度运动，但在我俩眼中，光速c都是恒定的，这就是光速不变原理。
如果以上这两个原理都成立的话，那么由此，我们就会得出违反关于时间和空间的常识的一些非常奇怪的理论。比如说，对于一个人是1秒钟的时间，但对于另一个人来说，则会变成是2秒甚至3秒。也就是说，我们必须承认，时间和空间会因观测立场的不同而改变。这就是狭义相对论。
简单举个例子，现在给黄博士扔到一个大箱子里，箱子宽15万千米，箱子一侧装一个家用电器手电筒，打开手电筒，那么光来回一次的时间就是1秒，来回两次的时间就是2秒。但事实上，这个箱子是在高速运动的，对于在箱子外面的我看来，箱子正在以极高的速度向我飞来。那么在我眼中，光在箱子里来回一次，走的就是一条折线，也就是说，光的行进距离要比30万公里长。由于光速不变，所以对于我来说，光往返一次所花的时间就要长于1秒钟。可见，对于我来说长于1秒钟的时间，到了黄博士那里，却只有1秒钟，这就告诉我们，高速运动的黄博士的时间变慢了。这种时间流动变慢的现象，科学家已经利用非常精确的原子钟，在现实中得到了证实。
黄博士看到的光的路径
我看到的光的路径
不仅如此，除了时间改变以外，狭义相对论还有另一个奇怪的结论，那就是在静止的观测者看来，运动着的物体的长度会变短，也就是说，空间发生了收缩。总的来说就是，以前我们以为，对于任何观测者来说都是绝对的时间和空间，其实会因观测者不同而发生伸长或收缩。
那么究竟会伸长或收缩多少呢？爱因斯坦推导出了一个公式，利用这个公式，可以方便地计算出一位以速度v运动的观测者的1秒，在静止的观测者看来伸长了多少。这个公式被称作“γ系数”，记做γ等于1比上根号下1-v²/c²。由于在爱因斯坦之前，荷兰物理学家洛伦兹就已经导出了在形式上完全相同的公式，所以这个公式也被称作“洛伦兹公式”。
γ系数
洛伦兹与爱因斯坦
现在我们设想，有一支火箭正在飞行，速度为18万公里，也就是0.6c，我们把0.6c代入γ系数公式中，(0.6c)²/c²=0.36，1-0.36=0.64，将0.64开方，结果是0.8，1÷0.8=1.25。所以在这个例子中，火箭上的时钟走过了1秒，对于火箭外的观测者看来，时间则伸长到了1.25秒。也就是说，火箭外的人的时间走过了1.25秒，火箭上的时间才走过了1秒，火箭上的时间变慢了。
那么这个γ系数公式是怎么来的呢？我们现在来推导一下。很简单，不要怕，一点儿都不疼，知道勾股定理，我们就可以推导出这个公式。
还是一个大箱子，这次的宽度变成了30万公里，黄博士还在箱子里面坐着，也还是有个手电筒。对于大黄来说，手电筒从左壁发出的光到达右壁所花的时间为1秒，距离自然就是c×1=c。但是在箱子外面的我看来，从左壁到右壁的光走的是一条斜线，行进轨迹要比30万公里长，其时间也要比1秒长，我们把这个时间记为γ秒，那么在我看来，光的行进距离就是γ×c。另外，箱子也是在移动的，速度为v，而在移动的这段时间中，光所到达的终点的移动距离就是γ×v。由此，我们便构建出了一个直角三角形。
这个直角三角形的横边长度为c，纵边长度为γ×v，而斜边长度为γ×c。根据勾股定理我们可以得知，c²+(γ×v)²=(γ×c)²。打开括号，c²+γ²v²=γ²c²，继续推演，γ²(c²-v²)=c²。下面就简单了，等式两边除以c²，γ²(1-v²/c²)=1。两边再开平方，γ乘以根号下(1-v²/c²)=1。由此，我们便得出了γ系数公式。
以上是时间发生了伸缩，那么空间发生伸缩该怎么计算呢？其实给反过来就行了。只要用静止参考系中物体的长度，除以时间γ就可以了。还是刚才火箭的例子，由于对于静止的观测者来说，火箭上的1秒钟变成了1.25秒，所以火箭上1米的尺子，在火箭外部静止的观测者眼中，长度就变成了1÷1.25，也就是0.8米。
既然关于时间和空间的概念改变了，那么运动参考系中的能量，同静止参考系中的能量相比，又会如何呢？爱因斯坦认为，既如此，那么关于能量和质量的概念，也必然要相应地做出改变，具体来说就是能量或质量会增加到γ倍，这就是质能方程的思想根源。下面我们就来看看爱因斯坦是如何推导出E=mc²的，这同样涉及到一个假想实验。
这个稍微难一点，但是对于各位2049的老板们来说，完全不成问题。
还是一个运动的大箱子，黄博士还在里面坐着，我还在外面，毕竟就颜值来说，我更适合露脸。这一次，在箱子的正中央有一个发光器，这个发光器是静止不动的。在某一时刻，它向左右两个方向同时发出强度完全相同的闪光。其实，这和开枪是一样的，同样有后坐力的存在，这是因为，虽然光没有质量，但其具有能量。不过，由于发光器是向两个相反的方向同时发出能量相同的强光，所以后坐力会被抵消，由此一来，发光器发光以后，就仍然可以保持静止不动。
黄博士眼中的发光器
现在把视角切换成箱子外面的我。我看见箱子正在以非常大的速度匀速向我运动，箱子中的发光器自然也在以同样的速度向我靠近。所以，发光器发出的两个闪光，是一边向左右两个方向移动，一边斜着朝向我行进。也就是说，发光器也在朝着自己运动的方向发光。
我眼中的发光器
这样一来问题就出现了。由于是在朝着自己运动的方向发光，所以，在其反方向上应该作用着一个后坐力，这个后坐力应该对发光器的运动起着制动作用，使其前进的速度减小。由于这个缘故，发光器靠近我的速度，就会小于箱子的运动速度。所以，发光器应该由于发出光而在箱子中向后运动。但是，在黄博士眼中，发光器是静止不动的，如果在我眼中，发光器运动了的话，悖论就出现了。那么我们该如何破解这一矛盾的现象呢？
我认为，把黄博士宰了应该可以解决，我们就可以达成共识，但毕竟不是根本方案。爱因斯坦认为，如果不放弃相对论性原理与光速不变原理，同时又要使我和黄博士的观点保持一致，就不得不接受这样的结论，那就是：发光器的质量转化成了所发出的光，也就是能量，也就是说，发光器损失了“运动的难度”。这样一来，发光器由于发出光而“减速”，同时，又由于损失了质量而“加速”，两者相互抵消，所以在箱子外的我看来，发光器仍在箱子中保持着静止不动。
于是，在上面这一结论的基础之上，爱因斯坦放大招了，他大胆地提出，物理学中一直被看成是两个不同概念的质量和能量，其实是同一个对象。那么在刚才的例子中，发光器损失的质量大小该怎么求得呢？
在论文中，爱因斯坦用L表示发光器释放的能量，用V表示光速，推导出了这样的关系式，这就是物体损失的质量m=L/V²。几年之后，爱因斯坦将原来表示能量的符号L改记做E，将原来表示光速的符号V改记做c，于是有了m=E/c²。最后，爱因斯坦去除掉了公式中的分数，将其改写为E=mc²的形式，大名鼎鼎的质能方程由此诞生。
那么爱因斯坦具体是怎么推导出来的呢？接下来就是本期节目的难点了，我们来挑战一下爱因斯坦非凡的思维过程。
首先，在黄博士看来，向左发出的光的能量和向右发出的光的能量，分别都是E/2。所以，在黄博士眼中，物体发出的光的能量合计，等于E/2+E/2=E。那么在黄博士眼中，发出光之后物体的总能量，就等于发出光之前物体的总能量，减去物体发出的光的能量合计。也就是黄博士眼中发出光之前物体的总能量-E。
接下来，视角再转向我。我看到箱子的运动速度为v，所以相应的γ系数就是1比上根号下(1-v²/c²）。另外，在我眼中，向左发出的光的能量和向右发出的光的能量，各自都不是E/2，而是E/2×γ。所以，我眼中的物体发出光的能量合计为2倍的E/2×γ，也就是E×γ。进一步的，我眼中的发出光之后物体的总能量，等于我眼中的发出光之前物体的总能量，减去我眼中的物体发出的光的能量合计，也就是我眼中的发出光之前物体的总能量-E×γ。
现在，我们用我和黄博士看见的总能量差，来表示速度为v的物体的能量。
第一步：发出光之前物体以速度v运动的动能=发出光之前物体以速度v运动的总能量-发出光之前物体静止时的总能量。也就等于我眼中的发出光之前物体的总能量-黄博士眼中的发出光之前物体的总能量。这很好理解，因为在我看来箱子是运动的，而在黄博士眼中，箱子则是静止的。我们将第一步计算的结果记为x。
第二步：发出光之后物体以速度v运动的动能=发出光之后物体以速度v运动时的总能量-发出光之后物体静止时的总能量。也就等于我眼中的发出光之后物体的总能量-黄博士眼中的发出光之后物体的总能量。这两部分刚才我们已经知道了，所以也就等于（我眼中的发出光之前物体的总能量-E×γ）-（黄博士眼中的发出光之前物体的总能量-E）。把括号打开重新组合一下，结果就是（我眼中的发出光之前物体的总能量-黄博士眼中的发出光之前物体的总能量）-（E×γ-E）。也就是x-（E×γ-E）。
至此，我们便知道了发出光之前物体以速度v运动的动能，以及发出光之后物体以速度v运动的动能。这样一来，我们便得知了物体因发光而损失的动能。损失了多少呢？答案就是第一步的结果减去第二步的结果，也就是E×γ-E，我们将其转化为E(γ-1)。
下面就是纯数学的计算了。
E(γ-1)=E(1比上根号下(1-v²/c²）-1），也就等于E(1+1/2×v²/c²-1)，进一步的结果便是1/2×E/c²×v²。不难发现，这个结果同一个质量为m的物体的动能表达式，即1/2mv²，具有相同的形式。这就意味着，在释放出能量大小为E的光之后，物体动能的变化，就相当于物体失去了大小为E/c²的质量。换句话说就是，物体失去了能量大小为E的光，完全就等同于它失去了大小为E/c²的质量。
所以，m=E/c²，E=mc²大功告成。
可累死我了，不过还没完。那么E=1/2mv²与质能方程有着怎样的联系呢？
很简单，mc²是质量为m的物体，处于静止状态时的能量。而以速度v运动的物体的总能量，用γ系数来表示则是mc²×γ。也是数学计算，mc²×γ结果就是mc²×(1+1/2×v²/c²)，打开括号就是mc²+1/2mv²。可见，以速度v运动的物体，同时具有静止时的静止能量mc²，以及运动时的动能1/2mv²。如此一来，质能方程便将传统的1/2mv²也包含了进来。实在是excited。
实事求是地说，从狭义相对论的提出，到质能方程的推导，爱因斯坦都没有用到任何高深的理论，甚至仅有中学数学水平，便可以得出质能方程。但爱因斯坦的伟大之处正在于他超乎常人的非凡想象力，爱因斯坦也一直都认为，灵感是要比努力更为重要的东西，今天我们暂且不讨论他这句话的对错，但至少在爱因斯坦身上，我们看到了这句话的明证。或许，灵感我们每个人都有，但如爱因斯坦这般奇思妙想，在人类历史上，却是千年难遇。怪不得一直都有人认为，爱因斯坦是受到了外星高级文明的指点，他们的人生经验帮助爱因斯坦大大提高了知识水平。
当然了，质能方程完全是爱因斯坦凭借不可思议的思想实验所得出的结果，不经过现实中实验的检验，人们还是很难相信和接受。那么实验支持爱因斯坦的结论吗？这一等就是27年。
在发表质能方程的论文中，爱因斯坦写下了这样一句话作为结尾：镭盐一类物质，其中所包含的能量就有很大变化，这个理论有可能通过调查这些物质而得到验证。
爱因斯坦所说的镭盐，是指从天然矿物中提取到的一类物质，其中含有放射性元素镭。居里夫人发现镭盐可以持续释放出巨大能量这种现象不久，爱因斯坦就认为，其释放的能量，正是由质量转化而来，所以镭盐的质量应该会略微减少。按照爱因斯坦的指点，有人曾经尝试通过直接检测，来发现这种质量的减少，但是由于减少的数量实在太小，都未能成功。
时间来到1932年，英国物理学家约翰-道格拉斯-考克饶夫与爱尔兰物理学家欧内斯特-沃吞，使用自己制作的一台装置，将氢原子核加速，用它们碰撞锂原子核。结果，锂原子核被击碎，产生出两个氦原子核。这是世界上首次利用加速器来破坏原子核的实验。
考克饶夫
沃吞
在实验中，他们观察到了一个十分奇怪的现象，那就是碰撞后，总质量减少了大约0.2%。如果说发生了可以用质能方程来解释的反应的话，那么减少的质量m乘以c²，所得到的E的大小，就应该正好等于碰撞新产生的能量。最终考克饶夫与沃吞通过碰撞后所生成的粒子的动能，计算出了碰撞新产生出来的能量的大小，结果与按照质能方程计算得到的值精确地一致。碰撞后损失的质量为0.031乘10的-27次方千克，而产生的能量则为2.78乘10的-12次方焦耳。就这样，E=mc²在提出后27年，它的正确性终于得到了实验证明。而由于在用人工加速原子产生原子核嬗变方面的开创性工作，考克饶夫与沃吞获得了1951年的诺贝尔物理学奖。
不过到此为止，人们还没有真正体会到质能方程的巨大威力。物理学家们只是醉心于一个个实验现象都与质能方程相契合，却没有想到其蕴藏的能量，正是无可比拟的战争机器。
1938年，德国柏林，德国化学家奥托-哈恩正在为如何解释他的一项实验结果而犯愁。当时，哈恩与其合作者迈特纳研究的是，把中子射入自然界最大的原子核——铀原子核的内部，希望可以合成出更大的原子核。但事与愿违，他们不论把多少中子射入铀原子核，结果不仅没有合成出更大的原子核，反而出现了一些小原子核。于是，迈特纳作出了这样的推测，那就是一定是吸收了中子的铀原子核，耐受不住那样的大小，分裂成了比较小的原子核。
哈恩
迈特纳
推测很合理，但是还有一个问题，那就是使原子核破裂，将它的那些碎片分离开来需要能量，这就必须要说明所需的能量来自哪里。这时，迈特纳马上想到了质能方程E=mc²。迈特纳发现，铀原子核分裂后，约有0.1%的质量损失，这部分失去的质量按照质能方程转化为能量，从而成为原子核的飞散开来的碎片的动能，迈特纳的这种说明完美无缺。计算发现，一个中子轰击一个铀235原子核，有时会产生一个钡142原子核，以及一个氪91原子核，外加3个中子。而其损失的质量为0.810×10的-27次方千克，对应的能量为2.79×10的-11次方焦耳。当然了，这里只是一种情况，事实上，轰击也能够生成其他各种原子核，释放的中子数有时也不是3个。就这样，人类便发现了一种把禁锢在原子核内的巨大能量释放出来的具体手段，这就是核裂变。
核裂变
由于裂变时产生2-3个中子，所以在条件合适时，新中子会再射入周围的其他铀原子核，继续引起核裂变反应。也就是说，此时进行的是迅速增殖的铀核裂变链式反应，可以在极短的时间内产生巨大的能量。快速进行的这种链式核反应就是原子弹爆炸，而在受到严格控制的条件下，缓慢进行的这种链式核反应，则可用于原子能发电。
后来的事情我们就十分清楚了，在二战期间的美国，由格罗夫斯和奥本海默领导的曼哈顿工程大获成功。1945年8月，仅由1g左右的质量转化而来的巨大能量，在一瞬间便把广岛和长崎两座城市化为灰烬。关于这一话题的详细介绍，各位老板可以搜索我们今年元旦的系列节目《曼哈顿往事》。而原子能的和平利用，即原子能发电，则开始于1951年。
最后值得一提的是，作为犹太人的迈特纳，为躲避纳粹的迫害，不得不离开德国流亡瑞典。而在发现核裂变的过程中，哈恩与迈特纳实际上一直是通过书信往来，虽然迈特纳在其中做出的贡献可能更大，但作为一名善良、宽容的女性，她还是低估了人性的自私。1938年发现核裂变后，此后多年，哈恩都把这一发现说成是个人独自的成就。所以在1944年，哈恩独享了那一年的诺贝尔化学奖，而迈特纳终其一生，还是与诺奖擦肩而过了，迈特纳的无缘，也是诺奖历史上最大的遗憾与败笔之一。
哈恩与迈特纳
除了帮助我们更好地改造世界之外，质能方程也推动了我们更好地去认识世界。比如说，质能方程的出现，就直接为我们解开了太阳发光的奥秘。
太阳不停地向外发光，但是关于太阳的能量来源问题，在很长一段时期内却一直是一个谜。19世纪的科学权威开尔文勋爵曾估算过，如果太阳全部是由煤构成，那么可以燃烧数千年；而若是由自身引力产生能量，也不过可以维持数千万年。但当时的科学家估计，地球上生命的进化至少已经进行了数亿年。没有太阳，就不可能有地球生命的出现和进化，所以太阳应该持续发光了至少数亿年以上。那么太阳为什么可以发光这么长的时间呢？
开尔文勋爵
解开这个谜题的钥匙就是质能方程。1938年，美国物理学家汉斯-贝特指出：可以用氢的核聚变反应来说明太阳能量的来源。在太阳的超高温、超高压的中心部分，正在发生着由4个氢原子核聚合起来形成1个氦原子核的核聚合反应，在这个过程中，大约有0.68%的质量损失，正是损失的这部分质量转化成了能量，提供了太阳发光的能源。具体来看，4个氢原子核聚合形成1个氦原子核的同时，还会释放出2个正电子与2个中微子，其损失的质量为0.046×10的-27次方千克，对应地释放了4.12×10的-12次方焦耳的能量。当然了，太阳内部的情况比较复杂，实际进行的反应并不是4个氢原子核同时聚合到一起，而是经过几个步骤完成的。1967年，由于对核反应理论的贡献，特别是关于恒星中能源的产生的研究发现，汉斯-贝特独享了那一年的诺贝尔物理学奖。
汉斯·贝特
核聚变
我们知道，太阳每秒钟释放出3.8×10的26次方焦耳的能量，利用质能方程可以得知，太阳每秒钟都要失去42亿千克的质量。尽管损失得这样多，但由于太阳质量十分巨大，足足相当于30万个地球，所以仍然可以持续照耀100亿年而不熄灭。如此巨大的能量，我们人类自然也不想错过，于是便有了在地球上人造太阳的想法，而这便是可控核聚变，相关内容请参考我们2017年的节目《人造太阳》。
质能方程的出现，不但让我们对太阳加深了了解，也让我们有机会得以一窥宇宙诞生的奥秘。
可以看出来，今天我们所说的都是质量转化为能量的例子，但质能方程告诉我们，能量也可以转化为质量，而我们的宇宙或许就是依靠这种方式诞生的。1933年，法国科学家、居里夫人的女儿与女婿，伊蕾娜-约里奥-居里与弗雷德里克-约里奥-居里，用实验证明了这种转化的存在。他们拍摄到了完全没有质量而纯粹是能量的γ射线，转化为具有质量的电子和正电子的照片。而到了今天，在全世界各地的高能加速器上，每天都在发生着这种转化。另外，科学家也相信，通过高能激光束，我们可以在真空中制造出物质与反物质，而拥有了反物质后，我们可以依靠质能方程获得更为磅礴的能量。
小居里夫妇
现在的宇宙标准模型认为，宇宙之初，最早出现的事件，很可能就是这种能量向质量的转化。在宇宙诞生之时，并没有我们称之为物质的任何东西，完全是一片虚无，只有一个奇点，但这个奇点却充满了我们还不知道其本体是什么的能量。这种能量使宇宙本身以不可思议的速度急剧膨胀，这个阶段就被称作“暴胀”。不过后来，暴胀突然结束，原来引起宇宙急剧膨胀的那种能量，按照质能方程开始了转化，变成了质量，于是就诞生出了宇宙中的各种物质。在宇宙最初阶段发生的这个事件，就是我们再熟悉不过的“大爆炸”。
宇宙大爆炸
在大爆炸中生成的这些物质，经过长期演化，最终形成了恒星、星系、行星，以及我们的身体等等今天我们所看到的各种物体。一股不知名的能量，一颗无法言说的粒子，穿越137时光造就你我，让我们得以相遇，这不得不说是宇宙间最伟大的奇迹。
好了，今天关于质能方程的话题就聊到这里。再有两天就要过年了，这也是年前最后一期长篇节目了，祝愿各位老板们过年期间好好休息、蓄积能量，在新的一年，也爆发自己的小宇宙，创造人生新的精彩与奇迹。
我们有燃烧的信念，我们渴望生活，渴望在天上飞。好在我们还有时间，我们更有能量。能量，是青春的范畴里，取之不尽的砝码。我们可以夜以继日，以梦为马。我们可以恣意忘返，不负韶华。不要等待，只要回答。因为，金色的年华，汗水需要挥洒。因为，短促的岁月，意气需要风发！
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