蠟燭只能照亮一點地方，路燈只能照亮整片街道

蠟筆只能照亮一間屋子，路燈卻能照亮一片街道

蠟筆只能照亮一個角落，路燈卻能照亮一個許多角落

蠟筆只能照亮一個地方，路燈卻能照亮許多地方

蠟筆只能照亮一點地方，路燈只能照亮一大片街道

青松的特點:四季長青，象徵生命力很強。秋菊的特點:不屈不撓，不畏寒冷，傲霜鬥雪。粉筆:畫出的是彩虹，灑下的是淚滴。竹子：枝杆挺拔，修長,亭亭玉立,嫋娜多姿，四時青翠,凌霜傲雨。鋪路石:犧牲自己，為別人鋪下道路。蠟燭:燃燒了自己照亮了別人。路燈:儘自己所能為行人帶去方便。

可以肯定的說，如果有某種技術能讓組成粉筆頭的原子核發生聚變或裂變反應，那所釋放的能量確實十分驚人。

但是，問題的難點在於，就目前的認知水平而言，自然界中真正能發生核反應（核聚變與核裂變）的物質寥寥無幾。先來看

核裂變，又稱核分裂，是指由重的原子核，主要是指鈾核或鈽核，分裂成兩個或多個質量較小的原子的一種核反應形式。理論上來說，只要較重元素的核能夠分裂並形成較輕的核，就會有能量釋放出來。對於核聚變，道理是一樣的。聚變是指由質量小的原子，主要是指氘，在一定條件下（如超高溫和高壓），只有在極高的溫度和壓力下才能讓核外電子擺脫原子核的束縛，讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起，發生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核（如氦）。期間會釋放大量的中子和電子，表現為巨大的能量釋放。

回到你的問題，雖然能量守恆定律告訴我們，一種毫不起眼的物質，例如粉筆頭，都蘊含著巨大能量。但是能量是否能夠釋放則取決於物質能否發生核變反應，本質上與組成物質的元素屬性及觸發核變反應的技術要求息息相關。就人類目前的科學技術，無法讓粉筆頭髮生核變反應，因此也就沒有手段能讓其能量得以釋放。

數學與算命一樣很有道理的，

I十I=2，I÷0二∝，就是一個餅沒有分給任何人吃，這個餅就會變得無窮大，大家都來看看這餅吧！這時大家都會說，騙人。沒有騙呀，檢查過數學沒有錯在哪裡呀。

質能公式E=mc² 是否意味著：只要一個粉筆頭，就有能燒開夠地球人100年喝的開水的能量？

愛因斯坦提出的質能公式，從科學的角度闡釋了物質和能量之間的對應關係，表明了質量是能量的一種外在表現形式。如果單純地從這個公式出發，我們可以看出一個即使非常輕的物體，它的質量如果乘以質量的平方得出的能量值會非常的大。拿一個粉筆頭來說，其所包含的能量，可以夠地球上的所有人喝100年的開水。而實際上這是對質能公式的一個誤解。

質能公式是如何推匯出來的

在愛因斯坦提出狹義相對論以後，物體的質量就變成了一個相對的概念，既把物體的慣性質量等效於引力質量，認為物體的質量會隨著速度的增加而增加，運動速度越快，物體的質量就會越大，當速度達到光速時，其質量就會變得無窮大，這裡面提到的物體在運動過程中的質量，就是物體的運動質量。這種物體的速度和它的運動質量之間的關係，可以用如下的表示式進行換算：

m=m0/√（1- v^2/c^2）。

在此基礎上，我們將物體的動量，用上述運動質量關係式進行表達：

p=m0*v/(√(1-v^2/c^2))。

然後，由動能定理和定量定理以及它們的關係，繼續進行推導：

dE=F*vdt=v*dp=m0*v*dv/(1-v^2/c^2)^(3/2)

最後對上式進行積分，並化簡得出最終結果：

這就是大名鼎鼎的質能方程，它的本意體現的是物體在不同慣性參照系內，物體所包含的能量與質量差異之間的關係。

質能公式中質量和能量的含義

在物理學中，大家都學到過質量的概念，它表述的是物體所含物質的多少，不會因物體的形狀、狀態和位置的改變而改變，是物質的基本屬性之一。由於質能方程是透過狹義相對論中對物體運動過程中，隨著速度的變而相應質量發生變化而推匯出來的，因此方程中的質量是指物體的慣性質量，而在初始狀態和運動狀態時，物體所具有的質量，在相對論中是不一樣的，分別是靜止質量和運動質量。

因此，相對論中關於物體質量的變化，不能簡單地理解為物體所含物質的減少或者增多，它是衡量物體不同運動速度之下的運動質量與靜止質量的差值。物體運動速度越快，運動質量就越大，而慣性也就越大，直到速度達到光速時，運動質量就會無限大，相應地慣性也就無限大，驅動達到這個速度的能量也會無窮大，因此物體的運動速度不能超過光速，這與愛因斯坦的光速不變原理是一致的。

從能量方面來看，按照狹義相對論以及質能方程的推導過程，物體在靜止狀態時，其能量也不為0，它是物體所含有的總內能之和，主要包括分子運動動能、分子作用勢能、原子結合化學能、電磁能、結合能等等，這部分能量稱為物體的靜能。而物體處於運動狀態時，它所包含的能量則為物體的靜能與物體運動的動能之和。

從愛因斯坦的質能方程，我們可以看出，它將物體的質量和能量進行了統一，一個物體系統既可以用質量來表達，也可以用能量來表達。而一個系統的能量減少或者增加時，其質量也相應減少或者增加，它們是相互對應的關係。但在這裡，我們要明確一個概念，那就是物體質量的減少或者增加，是指物體靜止質量的變化。

對質能方程的誤解

通常情況下，我們在考慮核聚變或者核裂變所釋放出能量的過程時，往往透過反應前後的質量虧損，來透過質能方程建立起質量虧損與釋放能量的關係，雖然計算的結果是正確的，但在封閉系統內，這一過程並不是單純地由質量虧損獲取的能量。

以質子和中子聚變為氘核這個變化來看，我們將能量的釋放以光子進行體現。那麼根據質能方程，在反應前，系統內的總能量為E質子+E中子，對應的表示式為E前＝m質子*c^2+m中子*c^2，反應後系統內的總能量為E氘+E光子，對應的表示式為E後＝m氘*c^2+m光子*c^2＝m氘*c^2+hv*c^2。那麼對應的能量守恆關係為：

m質子*c^2+m中子*c^2＝m氘*c^2+hv*c^2。

那麼我再來化簡一下即可得出：m質子+m中子＝m氘+hv。

我們可以看出，正是由於光子無靜止質量、有運動質量，在整個系統來看，質量並沒有發生虧損，而是變化的質量全部轉化為光子的運動質量了，因此核變過程同樣遵守著能量守恆定律。也就是說，輻射能的產生，並不是由質量轉化而來，而是由靜止質量轉化獲取。

總結一下

對於一個物體來說，按照狹義相對論，我們不能說它具有多少的質量，就能轉化為相應的能量，質能方程表達的不是“轉化”的概念，而是質量和能量的“對應”關係，質量和能量不可以割離開來進行考慮。所以，“一個粉筆頭，具有能燒開夠地球人100年喝的開水的能量”這種提法，是非常不準確的，核心問題是它將物體的質量與能量看作了兩個獨立的標量。

“根據狹義相對論，質量和能量是同一事物的不同表現形式，對於普通人來說，這是一個比較陌生的概念。”——愛因斯坦

理論上沒錯，而且在理論中也可以將一枚粉筆完全轉化為純能量。不過現實中卻很難辦到。具體原因我們下面詳細分析。

愛因斯坦的狹義相對論告訴我們，宇宙的本質其實就是能量，而我們所看到的任何物質結構所具有的質量屬性，其實只是能量的不同表現形式而已。而一個物體所具有的總能量等於靜止質量中所包含的能量加上其動能。這裡需要強調的一件事是，我們經常會聽說一個質量物體的運動速度越快，其質量就越大，如果物體的運動速度無限接近光速，那麼其質量會變的無窮大。

這個說法其實就是相對論裡的質速關係，而這個質量的增加其實就是物體動能的增加所變現出來的物質總能量的增加，而不是真的質量會增加。因為質量這個物理量是一個物體所固有的本質屬性，並不會因為運動速度的變化而變化。

只不過是為了方便理解，我們以前將物體動能的增加所帶來的能量增加描述成為了質量的增加，不過這已經是個比較陳舊過時概念了，我們現在一般不提相對論質量，只說物體所具有的靜止質量和動能，如果再提質量的增加，就會造成很多人的誤解。

E=mc² 這個簡單的公式十分簡潔的告訴了我們一個靜止的質量物體中包含了多少能量，如果將這些質量全部轉化能釋放多少能量，也告訴了我們需要多少能量才能創造出相應質量的物質。我們人類目前所掌握的能量質量之間的相互轉化的方式最多最常見的就是化學反應、核反應和粒子加速器。

其中化學反應和核反應是物質釋放能量的過程，而在粒子加速器中是我們人類目前人為用能量創造物質的過程，例如，我們同時加速兩個質子使其達到非常接近光速的速度，那麼這兩個質子除了自身的靜止質量以外，也會擁有非常大的動能，如果將這兩個質子相撞，我們就會得到三個質子和一個反質子，如果我們把創造出來的粒子的動能加起來，就會發現它們所擁有的動能要比之前兩個質子的動能小的多，那麼損失的動能去哪了？其實就是轉化為了物質，也就是一個質子和一個反質子，這個損失的能量就等於質子和反質子的質量乘以光速的平方。

這就是能量創造物質的過程，下面再說物質質量到能量的轉化過程。

先說下化學反應

化學反應是人類應用最多、掌握的最早的物質和物質之間的反應，其中包括放熱和吸熱反應，當然我們人類主要應用的是放熱反應，因為我們需要從物質中獲取能量，而且我們人類當今社會主要的能源供應也是化學燃料的燃燒。

以前我們認為化學反應的過程不存在反應物和生成物之間質量的缺失，因為我們發現參與反應的物質數量也就是原子的數量、種類並沒有發生任何的改變，改變的只是分子結合的形式，也就是說反應前物質中有多少種類的原子，以及這些種類原子的數量都不會發生變化，這就是我們高中時，配平化學反應式的原則。

因此我們當時也認為物質的質量是守恆的。這其實是我們科學發展階段認知的侷限性，現在我們知道，化學反應只會發生在原子的電子層面，而決定原子種類、數量的原子核並不會在化學反應中發生反應，不過原子外層電子結合方式的改變，也就是化學鍵的斷裂和重組是化學反應中釋放能量的關鍵。在這個過程中能量的釋放，也會讓物質損失極小的質量，一般很難察覺。因為畢竟損失很少的質量乘以光速的平方，就會帶來非常可觀的能量。

不過粉筆的主要成分為碳酸鈣（石灰石）和硫酸鈣（石膏），或含少量的氧化鈣，硫酸鈣十分穩定，不宜發生化學反應。碳酸鈣、氧化鈣可以和酸、水發生反應，不過這點物質所發生的化學反應釋放的能量微乎其微。基本可以忽略不計。

再說下核反應

原子核中蘊含著巨大的能量，主要來自強力所提供的結合能。例如，在太陽中每時每刻都在發生著核聚變反應，每秒鐘會有4×10^38個質子聚變為氦核，在這個過程中總共會損失400萬噸的質量，而這些質量就會以光子和中微子的形式輻射出去。

這裡有個問題就是，四個質子跟一個氦核之間為何會存在質量差？我們知道氦核中兩個質子和兩個中子，而中子的質量比質子還要重，那為何它們結合在一起反而比四個質子還輕呢？這其實就是結合能的問題，當質子和中子結合在一起的時候，就會在強力的作用下被束縛成為一個更加緊湊的結構，並且會損失質量。氦核比四個質子輕了0.7%，損失的質量就透過E=mc²釋放了出來。

粉筆的成分我們剛才已經說了，其中包含碳、氧、鈣、硫元素，這些元素都在鐵元素以下，這說明它們可以繼續透過聚變的形式釋放能量，不過聚變生成的元素越重，釋放的能量也就越小，而且我們人類目前也沒有掌握可控的核聚變，隨意想要透過核能利用粉筆中蘊含的能量是行不通的。

不過還有希望，反物質湮滅

除過核能以外，在宇宙中還存在一種能量釋放的極限形式，並且這種形式不會生成任何的反應廢料，也就是說可以將反應物的全部質量轉化為純能量，就是透過普通物質與其反物質版本進行簡單的接觸後湮滅。

如果我們創造出反碳、反氧、反鈣、反硫這些元素，就能實現一枚粉筆的質量全部轉化為能量，不過這只是理論上可行，因為我們要想創造出這些元素的反版本，就必須要有相應的創造能量，既然我們已經有了這些能量，為何還要利用湮滅的方式再次獲得同樣的能量呢？這不就等於脫了褲子放屁，多此一舉。

而且正反物質之間的湮滅是瞬間發生的，無法進行有效的控制，能量集中快速的釋放會給地球造成毀滅性的災難，以廣島原子彈爆炸為例，其損失質量約為0.6~0.7g，就造成了數十萬人的死亡，而一枚粉筆大概重200克，你仔細品品！

總結下

透過物質損失質量來釋放能量是我們人類獲取能量的方式，而我們現在還侷限在化學能源上，核能也沒有完全的掌握。所以理論是美好的，現實往往很殘酷。

在愛因斯坦的狹義相對論中，描述了質量和能量是等價的，這也就是大名鼎鼎的質能方程，表述為物質的能量（E）等於物質的質量（m）和光速平方（c2）的乘積，即E=mc^2。

透過質能方程可以認為一個有質量的物質同時也擁有巨大的能量，而且能量也可以轉化為質量的。那麼根據質能方程，是否可以認為，一個粉筆頭所具有的能量都可以燒開夠地球人100年喝的開水呢？

單單來看質能方程E=mc^2，1克的物質所對應的能量 =0.001 * (3*10^8)^2 = 9*10^13 J，那麼1度電對應的能量 = 3.6*10^6 J。

所以1克的物質所對應的電量為 (9*10^13)/(3.6*10^6) = 2.5*10^7度電，這樣一看一根粉筆對應的能量好像還是那麼回事，但這其實是誤解了質能方程。

質能方程的由來。

質能方程被譽為世界十大經典公式，主要被用來解釋核變反應中的質量虧損和計算高能物理中粒子的能量，只是一個描述性公式。

方程可以有效的解釋核反應中鉅額能量和質量虧損的由來，和核裂變或者核聚變為什麼可以產生如此巨大的威力。

在1905年，愛因斯坦深入研究了物體慣性和它自身能量的關係之後，提出了質能方程E=mc^2，而質能方程的推導基礎則需要狹義相對論中的速度疊加原理和質增原理，然後透過數學演算法從而推匯出了質能方程——物體的能量等於質量乘以光速的平方，即E=mc^2。

質量和能量放在一起被稱為質能，質能方程應該怎麼理解呢？

很多人都認為質能方程是說質量和能量可以相互轉化，但事實上這種說法是錯誤的，質量和能量不是相互轉換的關係。

在愛因斯坦的質能方程中，要闡述的核心思想其實並不是質能轉換，而是質量是能量的另一種變現方式，當然能量也是質量的另一種表現方式，二者是一個整體。

舉個例子來理解一下，物理學中任何運動著中的物體都具有動能，並且動能的大小與物體運動的速度呈正比關係。

而在相對論中，任何具有質量的物體在運動的過程中會有一個慣性質量，物體的運動速度越快，慣性質量也就越大，將物理學與相對論結合一下就會發現一個物體運動越快，動能就越大。

也可以說物體的能量越大，質量也就越大。在這裡我們就可以很好的理解物體的質量和能量是一回事，這不過是對同一個物體的兩種測量方式而已。

質能方程 E=mc^2中，“m” 中的能量來自哪裡？

先來理解一下質能方程E=mc^2中的每個項，其中E是 代表能量，表示所研究的粒子（或一組粒子）包含的總能量；m 肯定是代表質量，表示粒子的總靜止質量。

其中“靜止質量”是指靜止且沒有任何已知力與任何其他粒子發生作用時粒子的質量；c² 是光速的平方，在這個方程中代表的只是一個轉換因子，告訴我們如何將質量（千克）轉換為能量（焦耳）。

而我們可以從核反應中獲取大量能量的直接原因就在於方程E=mc^2，比如將一千克的質量轉換為能量，由於 c² ＝（299,792,458 m / s）²，那麼經過計算我們會獲得相當於 2150 萬噸TNT（烈性炸藥）的能量。

E=mc^2還意味著有一種能量形式，會隨著這個粒子的存在而存在，其他的能量都能夠損失，而這個隨粒子存在而存在的能量不可能損失。

打個比方說，運動中的粒子具有動能，如果快速移動的大型物體與另一個物體發生相撞，無論碰撞是怎麼發生的，碰撞都會為其賦予能量和動量。

而這種形式的能量存在於粒子的靜止質量能之外，是粒子運動固有的一種能量形式，但這是一種可以去除的能量形式，不過粒子的靜止質量而擁有的能量（由 E =mc² 定義的部分）是不會去除的。

總而言之，我們是可以借用手段消除任何系統除靜止質量能量以外的所有形式的能量，例如勢能，化學能等，而粒子們唯一擁有的能量就是靜止質量能量——E=mc^2。

愛因斯坦的質能方程對於微觀物理的研究有著相當大的作用以及十分深遠的意義。

質量和能量。一、靜止的物體會有其固有的能量

能量的形式有很多種，包括機械能、化學能、電能以及動能，但這是物體運動的固有能量，但即使是靜止的普通物體也具有固有能量，並且這是一個非常巨大的能量，並且這種能量等價於E=mc^2的質量。

二、質量也是可以轉化成純能量

質能方程E=mc^2中，每一千克的質量可以轉化為9×10^16焦耳的能量，這相當於2100萬噸的TNT爆炸所釋放出的能量。

在放射性衰變、核聚變或核裂變，到裂變式原子彈，再到太陽的核聚變，以及物質和反物質的湮滅，都遵循質能方程。

三、能量可以產生質量

如果用足夠高的能量把一個光子和電子碰撞在一起，結果會得到一個光子、一個電子、還有一對新的物質——反物質粒子，也就是說當碰撞的能量足夠高時。

會產生出新的粒子，比如大型強子對撞機等粒子加速器可以透過從純能量中製造出新的粒子。而我們宇宙中的一切物質也是從“奇點”大爆炸中的能量創造出來的嗎？

總結。

質量和能量其實是一回事，本質上是一樣的，可以說是一個物體的兩個面，只不過是同一概念的不同屬性，在質量裡面是有能量的，而在能量裡面也存在著質量，有著明確的數量關係。

而“只要一個粉筆頭，就有能燒開夠地球人100年喝的開水的能量”這種說法並不現實，原因就在於目前還無法做到損失質量來釋放能量。

沒那麼大的能量吧，好像一克物質全部轉化為能量相當於2500萬度電，遠遠不夠全世界人用的。何況1克物質也不可能百分之百轉化為能量！

能啊

按照愛因斯坦質能方程，把一個粉筆頭轉化成能量，確實夠全地球人燒100年開水。

但前題是把這個粉筆頭轉化為能力，你得先把這個粉筆頭加速到二倍光速。

這樣，這個粉筆頭的質量就會變的無窮大，而無窮大的質量轉變化為能量恐怕夠全地球人燒1000年的開水。

但把這個粉筆頭加速到二倍光速，所消耗的能量，恐怕夠全地球人燒100萬年的開水，你說這樣得不償失的傻事誰會去幹？

首先說一句，這是一個非常簡單的的問題 ，完全沒有必要浪費你生命中的寶貴間來看哪些繁雜的解釋，你只要把我的回答直接拉到最後，一秒鐘你就可以得到你所需要的答案。

看了一下大部分的回答，大家回答的都很詳細，計算公式非常的詳盡，計算的方法也是十分的精巧（雖然就只是需要高中的部分物理知識和小學生都能夠進行的數學計算。）。把這麼簡單的的一個問題搞得無比複雜。有的回答基本上就可以算得上簡述一段物理學的歷史。

好吧，我並不想浪費大家寶貴的時間。但是防止有一些同學對質能方程還不是很瞭解，或者您已經把高中的物理已經都還給老師了，我還是來簡單的說一下。你放心，絕對不會超過五秒鐘，畢竟時間是寶貴的，浪費時間就等於謀財害命。

基本的計算公式就是著名的愛因斯坦的質能方程。

還有就是到底需要多少能量可以燒開這麼多的開水？

計算的過程，其他的回答已經講的很詳細了，甚至是過於詳細了。

假設一支粉筆質量5克，如果按愛因斯坦E=mc2百分之百轉換為能量，相當於20萬噸 TNT炸藥的能量，這十倍於廣島原子彈當量足以摧毀一座大城市。這能量能不能夠燒開水供地球人飲用呢？這要看你從哪裡取水了，如從最北方取水可能只夠地球人喝90年，如果從赤道附近取水100年地球人喝不完。

問題是質量轉換成能量是有條件的，不是所有的物質都可以轉換為能量。比如氧氣和氫氣產生化學反應爆炸生成水只損失億分之一的質量，地球上最精確的儀器也測量不出來。比較明顯的質能轉換是核裂變，就是現在的原子彈爆炸和核電站的可控核反應堆。其核反應後也只有約0.08%的物質轉換成能量，這個可以測量出來。比這個質量轉換成能量更大的氫核聚變。地球人造出了氫彈，威力巨大，但也只有0.7%的質量轉換成能量。太陽的巨大能量也來至每時每刻不斷的氫核聚變。氫核聚變是地球上最多最大的新能原。全世界都在研究氫核聚變的商業用途，可喜的中國在這方面走在了世界的前面。有沒比這個更大的質能轉換呢？有！就是宇宙物質掉入黑洞有40%的質量轉換成巨大的能量爆炸並向外輻射巨大的引力波。有沒有全部物質轉換成能量的呢？有！就是正反物質相遇發生湮滅全部質量轉換成能量。反物質就是物體的質子帶負電，電子帶正電正好和地球物質相反。地球，太陽，銀河系，河外系，總星系以及我們所觀察到的宇宙所有物質其質子都帶正電，電子都帶負電。正反物質相遇湮滅就是我開頭說的5克質量粉筆全部轉換為能量相當於20萬噸TNT炸藥。不過地球人還沒有製造反物質的能力，也沒有儲存反物質的裝置不必擔心有人利用反物質來製造大規模殺傷武器。

這在現有的條件下並不能實現。

首先，質能公式只是告訴了我們物質的質量和其蘊含的能量的關係。沒錯，一顆粉筆頭的質量m與光速c平方的乘積，即粉筆頭蘊藏的能量E，一定是一個非常大的天文數字。

但是要取得這些能量，是需要一定條件的。如果透過現有的技術，創造這些條件所使用的能量大於從粉筆頭中能獲取的能量，那麼我們就不能有效率地取出鎖在粉筆頭原子核中的能量了。

現在方法有兩個，一個是核裂變，也就是原子彈或者核電站使用的原理；另一個是核聚變，也就是恆星發光發熱的原理。

核裂變簡而言之就是用中子衝撞質量很大的原子後分裂成幾個質量較小的原子及幾個的中子，同時釋放能量，類似於下列等式：

中子衝擊質量大的原子=數個質量小的原子+數箇中子+能量

產生的中子又可以衝撞其他質量大的原子，依次反覆，產生了反應鏈。然而粉筆多數是由硫酸鈣，碳酸鈣組成的，這些鈣，氧，碳，硫等元素都是較輕的原子，不具備核裂變的條件。

核聚變與核裂變相反：使用質量較小的原子在極端條件下融合在一起成為質量較大的原子而釋放能量。可利用的元素有很多，比如氫，氧，碳等。太陽就是利用這樣的原理為地球產生光，熱和新元素的：

質量較小的原子+質量較小的原子+極端條件（高溫高壓）=質量較大的原子+能量

這個方法看似比核裂變簡單很多，但是這裡描述的只是被極度簡化的原理，實現起來有很多的難點目前人類還沒有完全攻克。

比如：如何創造高溫高壓的極端條件？太陽可以利用自身重力在其核心產生高溫高壓，但是地球上，我們沒有那麼大的重力，而如果利用其他方式那就需要很多的能量，最後產出的能量卻相對較少，即，整個過程沒有生成反而消耗了能量。

又比如：假設我們創造出了這樣的條件，怎麼控制和容納這些正在反應的高溫高壓的物質呢？因為這樣的溫度，任何物質都會迅速氣化。

所以說，用一顆粉筆頭內含有的能量就可以燒開地球100年喝的水的想法在現在的技術條件下是沒有辦法達成的。

理論上確實如此，裡理論上確實可以把一個粉筆頭轉化為純能量。

愛因斯坦的相對論告訴我們，質量和能量其實是一回事情，可以理解為一個事物的兩面。說得更直白點，宇宙的本質其實就是能量，而我們通常所說的質量只不過是能量的一種表現形式罷了。

這點從愛因斯坦的質能公式E=mc²也能看得很清楚，質量就是能量，當然你也可以說能量就是質量。

雖說理論上可行，但實際上是行不通的，起碼目前做不到。

質量轉換為能量最典型的現象就是核聚變，不少人對核聚變過程有誤解。核聚變過程並不是全部質量都轉化為能量，只是很少一部分質量轉化為能量了。即使很少一部分質量，轉化的能量也足夠驚人。

往深處來講，事實上並不是質量轉化為能量，仍舊是能量之間的轉化（本來質量就是能量）。核聚變的過程其實是微觀粒子之間強力作用的變化，導致微觀粒子（中子，質子）之間的結合發生變化，這種變化就會導致質量的變化，釋放出能量。

當然，這裡儘量給出通俗的理解，更嚴謹來講，會涉及到很多科學術語相關知識，深入研究會比較複雜。

問題：質能公式E=mc² 是否意味著：只要一個粉筆頭，就有能燒開夠地球人100年喝的開水的能量？

質能方程是什麼？

質能公式，或者說質能方程是愛因斯坦創立的一個質量與能量之間當量關係的方程，這個方程顛覆性的將經典物理學質量和能量兩個完全不同概念聯絡起來，揭示了它們之間具有等價交換關係。公式的表示式為E=mc^2，這裡的E代表能量，單位為J（焦耳）；m為物體質量，單位為kg（千克）；c為光速，c=299792458m/s（米/秒），一般取值約300000000m/s。

從中我們可以看到，當質量全部轉化為能量時，這個能量是巨大的。根據這個公式我們可以計算出1g（克）物質，全部轉化可得90萬億焦耳的能量，這是一個什麼概念呢？就是1g物質全部轉化為能量相當2500萬kw/h（千瓦/時，1度電），或2.15萬噸TNT烈性炸藥爆炸威力，約1.5顆廣島原子彈或1顆長崎原子彈差不多的威力。

一個粉筆頭有多少質量呢？粉筆頭有長有短，因此具有不確定性，無法嚴謹的定量，如果我們把這個粉筆頭確定為2g的話，那麼其全部轉化為能量可以達到180萬億焦耳，也就是相當5000萬度電或4.3萬噸TNT烈性炸藥爆炸威力。

現在我們來看看燒開水需要多大能量。

1L（升）水升溫1℃（攝氏度）需要熱量1大卡，1度電（1kw/h）產生的熱量約860大卡，1L水升高1℃需要耗電0.00116kw/h，如果我們用基礎水溫15℃的水燒開，每升水就需要耗電0.0986kw/h。1噸水=1000L，就需要耗電98.6kw/h。那麼全球按70億人口計算，每人每天平均喝水3L計算的話，全世界人類總共每天喝水需要210億L水，也就是2100萬噸。

每噸水燒開耗電98.6kw/h，2100萬噸水就約需耗電20億kw/h。這個2g粉筆頭全部能量相當5000萬kw/h，因此燒開的水根本就不夠人類喝一天，而且差得很遠，只相當人類一天燒開水所需能量的1/40。

這樣看來，粉筆頭質量中蘊含的能量雖然很大，但要燒開夠全人類喝100年的開水還是太誇張了。不過全世界並不是所有人都喝開水，喝開水只是我們中國和一些亞洲國家地區的習慣，在歐美等一些國家，更多是喝冷水習慣，當然這些冷水是經過無菌處理過的。事實上我們中國也有越來越多的人開始喝冷水，如礦泉水、純淨水等。因此本問題更多的只是一個噱頭，讓我們更接地氣的認識一下質能方程以及質量所蘊含的能量有多大而已。

提升質能轉化率是一個很難的事情。

質能方程實際上只是揭示了質量和能量之間的本質聯絡，不管是1kg白菜還是1kg黃金，本質上其蘊含的能量都是一樣的，但這並不等於這些能量就能隨意得到。

人類對能源的認識和運用是循序漸進，不斷提升的。從刀耕火種的柴草能源時代，到煤炭時代，再到石化時代，現在已經進入了核能時代。目前核能利用是人類能源利用的最先進技術，也是目前質能轉化率最高的一種能源利用方式。即便這種“最高”的核能質能轉化率，依然是非常低的，核裂變質量轉換率只達到0.13%，核聚變可以達到0.7%。

也就是說，在核裂變能源利用中，1kg核燃料裡只有1.3g質量轉化為能量；在核聚變能源利用中，1kg核聚變燃料，只有7g質量轉化為能量。但即便是這點質能轉化率，釋放的能量就已經非常驚人了，最極端的表現方式就是原子彈、氫彈的爆炸。

人類現在對核聚變技術的掌握還處於不可控階段，就是“轟”的一下氫彈爆炸，無法讓這巨大能量緩慢持久地釋放，從而達到用於社會生產生活，造福人類的目標。這還是一個世界性難題，儘管實驗已有較大進展，看到了運用前進和希望曙光，但距離真正推向商業化執行還可能需要奮鬥若干年。

正反物質湮滅是質能完美轉化的唯一方式。

即便可控核聚變實現了商業化執行，人類掌握的質能轉換能力也還只達到了0.7%，要實現質能100%完美轉換還有99.3%的空白等著填補，因此可控核聚變利用，還只是人類能源利用萬里長征走出了第一步。

現代科學在理論上認識到的物質質量完美地轉化為能量，只有一個途徑，就是正反物質的湮滅。研究實驗證明，正物質和反物質碰到一起，就會發生湮滅，這個過程會釋放出物質質量蘊含的全部能量，隨後消失得無影無蹤。因此1g反物質遇到1g正物質，就會釋放出2g物質的能量，不管是黃金還是白菜遇到反物質，同等質量釋放的能量是一樣一樣的。這就是質能轉換的最高境界，100%完美能量釋放。

在我們世界，既存在著正物質，也存在著反物質，這已經被科學發現和實驗無數次的證實，沒有什麼可質疑的。但問題是，正物質到處都是，我們就是活在正物質的世界，而反物質是極其稀少的，只是在科學實驗或者精密科學儀器可以發現一些亞原子級的反物質，如反電子（正電子）、反質子（負質子）、反氫原子（由正電子和帶負電的原子核組成的原子）等等，這些反物質一出現，就與滿世界都是的正物質相互湮滅了。

科學家們在各種對撞機裡，透過用巨大能量製造反物質，並製造低溫磁阱捕捉儲存這些反物質，十幾年來，耗費了驚人的人力財力物力，製造出極微量的一些反物質粒子，迄今，全世界加起來的反物質也不夠燒開一杯開水。

因此，要真正利用這種能量轉換方式來為人類社會服務，目前還只能停留在科幻中，未來何時能夠有可能實現這種能源利用方式，誰也不知道。但可以預期的是，如果真的到了利用反物質湮滅能量的時代，那就不是我們現在可以想象的文明層級了。

質能轉化科學還有巨大的發展空間。

雖然反物質及其少見和難得，但這又是我們的幸運。正因為我們生活在一個正物質世界，我們才能夠無憂無慮的活著。想想，如果我們生活在一個到處都存在著反物質的世界，豈不隨時都有可能湮滅消失掉嗎？那才是一個令人恐怖的世界呢。

除了正反物質湮滅這種完美質能轉換方式，從核聚變到頂級完美轉換之間還有99.3%的空白，這期間還存在著其他的轉化方式嗎，人類還有可能發現這些能量轉化方式嗎？迄今，似乎還還沒有任何科學家有這方面的發現和研究課題，如果各位有興趣，不妨鑽鑽這個牛角尖，只要能夠鑽出1%質能轉化率的能源利用方式，諾貝爾獎就是個小兒科了。

但不管怎麼鑽，1個粉筆頭都不可能燒開讓人類喝100年的開水，因為完美質能轉化這個天花板已經限死了這種可能。

要看能夠利用的能量，有一個能量密度的概念，E=減少的m*c2。

如果能量密度一樣，就沒有能量可利用了，也就是熵一樣。所以，如果說宇宙是一個孤立的系統，隨著熵增，能量密度分佈一致了，宇宙就會終結。

1905年，愛因斯坦發表了4篇具有開創性的論文。最後兩篇就是後來的狹義相對論，其中第二篇是第一篇的補充，探討的是質量和能量之間的關係，並且提出了著名的質能方程E=mc^2。

這個方程讓我們知道物質是蘊藏著豐富的能量，如果能夠讓物質實現完全轉化，那麼物質釋放出來的能量就等於質量乘以光速的平方（mc^2，其中光速是3*10^8m/s)。所以，透過質能方程，我們就會發現，只要一點點的質量，就可以釋放出巨大的能量。一直以來，都有個說法：只要一個粉筆頭，就有能燒開夠地球人100年喝的開水的能量。那這個說法靠譜嗎？

物質能完全轉化成能量的形式嗎？

按照質能方程來看，物質裡確實蘊含了大量的能量。可問題是，我們很難把一根粉筆完全轉化成對應的能量形式。按照目前的物理學理論，如果要把物質完全轉化成能量，就需要讓物質和它的反物質發生湮滅，比如：正電子和電子進行湮滅，就可以獲得到完全的轉化。

可是我們要知道，粉筆是由原子構成的，而原子又是由原子核和核外電子構成的，原子核是由質子和中子構成的，而且構成粉筆的原子數量超級多。而我們在宇宙中能夠找到的反物質都是屬於少量的反物質粒子。比如：在一些高能的宇宙射線中，找到電子的反物質粒子正電子。

要製造出一個粉筆的反物質是幾乎不可能的事情，因此，也就不可能透過湮滅的方式來實現能量的完全轉化。

假設我們忽略這些，並且找到了辦法，可以製造出粉筆的反物質。那製造出來的這些能量是不是夠燒開地球人100年喝的開水的能量？

如果我們按照一根粉筆是2克的重量來算，那麼根據質能方程，2克的粉筆完全轉化成能量就是1.8*10^14J。

而如今全球人口大概是70億，每個人每天正常的飲水量是1500到2500毫升，我們就按照2L來算，如果都是把水從25度提升到100度，那麼根據公式，我們計算得到一個人一天燒開水所需要的能量E是630,000J，那麼70億人365天燒開水所需要的能量就是1.6*10^18J，100年所需要的能量就是1.6*10^20J。

也就是說，即便是把粉筆全部轉化為能量，這個能量要比全球人口100年燒開水所需要的能量小6個數量級。把粉筆的能量全部轉化成能量僅僅能供給5000人100年燒開水所需要的能量。如果要供給全球人口100年燒開水所需要的能量，那大概需要把10萬根粉筆完全轉化成能量，但這也是忽略了科技水平是不是可以達到這個水準。

核聚變反應

很多人會說，既然湮滅這條路沒法做到，有沒有可能用核聚變反應的方式？

在核聚變反應中，氫元素的核聚變反應是最高效的，反應前後也僅僅只有不到1%的質量以能量的形式市釋放出來，意味著這比用湮滅的效率低了2個數量還要多一點。

而粉筆的主要成分是硫酸鈣，並不是氫。因此，即便是我們想盡一切辦法讓粉筆進行核聚變反應，這個效率也會遠遠低於氫元素的核聚變反應。因此，這樣的效率就會更低一些。假設完全湮滅的能量都完全不夠，更不要說這種低效的核聚變反應了。因此，核聚變反應這條路也是行不通的，目前來看這條路徑的技術也依然是達不到的。那還有什麼辦法？

把粉筆扔進黑洞

人類在發射深空探測器時，發射出的探測器速度並不快，但科學家想到了利用大型天體引力彈弓的特點來給飛船加速。比如：在科幻片《流浪地球》中，電影裡的地球人也想利用木星的引力彈弓效應來給“流浪地球”加速。

大型天體的引力是可以給做功的。如果我們找一個引力巨大的天體，然後從這個天體上往下丟粉筆，那麼粉筆在掉落過程中，引力勢能就會轉化成其他的能量。比如，如果我們在地球上扔鉛球，鉛球會在地上砸一個“坑”，這個“坑”就是鉛球引力勢能轉化成物體的動能導致的。

如果我們選擇“黑洞”來釋放粉筆，而且是把粉筆碾碎朝著黑洞扔，那在粉筆灰掉落到黑洞時，由於黑洞的引力巨大，因此，就會巨大的引力勢能被釋放出來。這些引力勢能最終會引電磁輻射和中微子輻射釋放出來，然後我們拿一個接收器把這些能量接收下來就可以。

在這個過程中，釋放出來的引力勢能可以達到完全湮滅時的10%左右，要比核聚變反應更加高效一些。如果我們可以把100萬根粉筆碾成渣，朝著一個黑洞拋過去，並且可以把這些能量都回收，那麼這些能量就會夠全球人口100年燒開水所需要的能量。

愛因斯坦提出的質能方程，闡釋了我們宇宙中質能和能量是統一的，由於光速數值很大，所以很小質量的物體，其中蘊含的能量也是巨大的，但是要把靜止質量轉化為可供利用的能量是非常困難的。

E=mc^2

這就是大名鼎鼎的質能方程，如果只是單純地理解為質量和能量可以相互轉化，那麼就是沒有真正理解質能方程的含義，錯在你把質量和能量看成兩個完全獨立的事物，實際上質量和能量是統一的。

如何理解質量和能量是統一的？

一個運動的物體，經典力學解釋為物體質量為m，速度為v時，物體的動能為mv^2/2。

同樣是這個物體，在相對論中動能為Δmc^2，其中Δm為動質量，此時物體總質量為（m+Δm）。

在相對論中，動能被解釋為動質量，此時我們看到了能量和質量的統一，那麼能量和質量到底誰更基本呢？

很多人會以為是質量，其實不然，能量才是我們世界最基本的物理量，質量只不過是能量的一種表現形式而已，而靜質量和動質量又是我們對質量的不同劃分。

我們生活中常見的物質均由原子構成，原子由核外電子與原子核構成，原子核又由強子（中子和質子）構成，強子又由夸克構成，比如三個夸克構成一個強子，但是我們會發現，一個強子的靜止質量差不多是一個夸克的幾百倍，而多出來的質量，其實是夸克間的強相互作用帶來的，這部分質量本質上就是能量（結合能），但是我們生活中卻把它看成了靜止質量，這樣的例子還有很多很多。

質能方程蘊含的能量

光速是人類定義的速度，數值為c≈3*10^8米/秒，根據質能方程，一克質量完全轉化為能量為：

E=mc^2=9*10^13焦耳；

這相當於燒開4億升的水，或者說相當於2萬噸TNT炸藥釋放的能量，與廣島原子彈爆炸釋放的能量相當。根據質能方程可以看見，小小的一點質量中，就蘊含了巨量的能量。

質能轉換

雖然質量和能量是統一的，但實際當中我們還是喜歡說兩者之間的轉換，畢竟兩者還是有明顯區別的。

質能方程預言質量可以轉化為能量，可實際上要把靜止質量高效率轉化為能量是非常困難的，原子彈和氫彈就是把靜止質量轉化為了能量，其中原子彈爆炸的質量虧損率為0.09%，氫彈爆炸的質量虧損率為0.7%，可以說轉化效率非常低。

根據理論預言，普通物質和反物質相遇，能實現100%的質能轉化效率，但是以人類目前的技術水平，根本無法大量獲取反物質。