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质量守恒和能量守恒，是经典力学就已经解决的问题。但在经典力学中，质量和能量是两个完全不同互不相通的概念，它们之间没有确定的当量关系，认为一定质量的物体可以具有不同能量，这种能量以动量、冲量、动能、势能来表示。
爱因斯坦的贡献就是把质量和能量这两个东西糅合在一起了，划了一个等号，即质量和能量是等价的，而且可以互换的，其简化出来的公式为：E=MC^2，这就是伟大的质能方程。
这个公式里的E表示能量，M表示质量，C表示光速。这一步看起来简单，但却是一个重大突破，就像一层窗户纸，捅破了就可以看到外面的情景；又像一个魔术，揭秘前很神秘，揭秘后令人恍然大悟，原来就这么简单。
19世纪末20世纪初，物理学出现了前所未有的危机，人们形容为物理学的两朵乌云。这两朵乌云为电磁力学和黑体辐射，采用经典力学理论产生了不可调和的矛盾。在经典力学框架下无法解决这些危机，已经导致物理学停滞不前。
这引起了爱因斯坦等许多科学家们的思考，在爱因斯坦后来创立的狭义相对论中，认为问题的关键是，经典力学是建立在绝对时空观基础上，将物质运动的时间和空间割裂开来考虑，解释世界采用的是伽利略变换，简单地说就是1 1=2的理论。
伽利略变换可以解释宏观世界低速系统中的许多现象，因为这些解释非常接近真相，在低速参考系有那么一点点差距完全可以忽略不计；但这种理论在接近光速的高速参考系里，或者深入到原子电子量子力学层面，就会出现许多问题，差距就越来越大。
这是因为时空是不可割裂的，相对不同时空，观察物质运动的时间性是不一样的。爱因斯坦在狭义相对论里用一个简单例子：一个乘坐在火车上的人随手放下（不是丢下）一个铁球，他看到的铁球（忽略空气阻力影响）是垂直掉落在路基上，而站在站台上的人会看到铁球跟随火车前进，呈抛物线掉到路基上。
这说明在不同运动的参考系，观察同一事物，会得出两种不同结论，而且运动的时间和走过的路程也是不一样的，这就解释了时间在不同参考系的不同时性质。由此，在不断动态变化着的宇宙，洛伦兹变换才是解释事物发展过程更准确的理论。
洛伦兹变换是狭义相对论重要理论依据洛伦兹变换推导过程如下图：
简单的说，洛伦兹变换就是1 1≠2，而是必须加上一个洛伦兹因子，表述为γ=1/√[1-（u/c）^2]，这个因子加上了，就限制了速度，光速就成为了极限速度，不能叠加了。洛伦兹变换与伽利略变换的不同之处在于，低速系统两者都适用，但洛伦兹变换更精确，高速系统（尤其是接近光速）时，只有洛伦兹变换适用。
这样就解决了一个大问题，爱因斯坦狭义相对论问世后，许多用经典力学解释不通或者错误很大的现象都得到了纠正，由此更精准地描述了世界运动，让物理学发展得到了解放，从此进入一个新的阶段。因此爱因斯坦相对论被认为是现代物理学的基础。
爱因斯坦发现了或者说假定了光速极限和光速不变，这正是爱因斯坦狭义相对论以及后来创立的广义相对论的立论基础，也是爱因斯坦伟大贡献之一。而相对论本身就是论述物质运动的，运动离不开速度，而最快速度是光速，因此凡是描述运动的公式，当然就离不开光速了。
所谓光速极限，就是光速是我们世界最高速度，没有任何物质运动能够超过这个速度；光速不变就是光速在任何参考系都是不变的，也不能叠加，叠加速度也不能超过光速。这个是爱因斯坦通过观察思考，并总结前人观测实验数据得到的一个假设。
这个假设经过一百多年无数科学家验证，所有的观测和实验数据没有一例能够反证，因此成为现代物理学的一个铁律。
为什么光速极限和光速不变是我们世界的铁律呢？我们也可以这么理解：人类看到的世界都是依靠光，没有光就什么也看不到。如果爱因斯坦的假设不成立，我们看到的世界就没有确定性。因为如果存在超光速的事物，或者光速是会变的，我们就无法看到真实的东西，所有的星空也都不确定了。
经过300多年科学家们的前赴后继，采用各种方法经过无数次的试验计算，最终通过波长与频率的现代方法，再通过世界度量衡大会修改了米的定义，得到准确真空光速为c=299792458m/s，而1米就是光速在1秒钟行进距离的299792458分之一。
请注意，这个光速是真空光速，光在不同介质中行进速度是不一样的，在空气中略小于真空光速，但差距极微，因此一般也忽略不计；而在玻璃、冰、不同液体中行进速度相差就比较大了。为了简便计算，一般将真空或空气中光速采用30万千米/s。
真空光速是现代物理学中一个常量，在许多公式中都有运用。
那么质能方程中为啥也要用到光速呢？这是因为物质动能量是与速度成正比的，速度越大动量越高，这一点在经典力学也是一样的，所谓动量、冲量、动能、势能就是这个道理。但经典力学建立在绝对时空观上，没有光速概念，那时认为光速是无限的，因此动量、冲量、动能、势能就没有一个天花板，也就是顶。
这样，根据经典力学推论，没有光速限制，就永远也无法确定一个质量最大动量、冲量、动能、势能有多大，质量就无法与能量对接，更无法等价互换，就永远无法得出质能方程，
爱因斯坦正是发现了光速这个天花板，而且光速极限，就锁定了所有物质运动速度的天花板，这个天花板就是299792458m/s。有了这个天花板，就为质量与能量等价交换创造了条件，这就是物质运动到达最快时的动能，也就是物质的最大能量。
这个发现揭示了物质质量蕴含的巨大能量，也给宇宙形成演化过程以及人类能源利用提供了理论依据。根据这个公式，1公斤物质的能量全部释放，就约等于9*10^16J（焦耳），相当250亿度电能。
但将物质所有质量转化为能量是非常非常难的，目前人类距离这个能力还相差很远，只有自然界的力量才有这种可能，目前认为只有反物质湮灭才能够达到。
而现在人类掌握的最大能量释放是核聚变，其质能转换率只有约0.7%，也就是1公斤质量（氢）通过核聚变，质量亏损只有约7g（克），这7g质量可以转化出6.3*10^14J的能量，相当1.75亿度电能，约合15万吨TNT炸药爆炸威力。
即便是核聚变这种低水平的质能转化，目前人类还只能以不可控方式实现，也就是氢弹爆炸能量瞬间释放。而可控核聚变，是让能量缓慢释放，才能造福人类社会，这个技术实现难度很大，至今还在实验攻关中，进展缓慢。
也就是说，根据质能方程，1kg棉花和1kg黄金或者1kg炸药的质能都是一样的。
问题是要将质量转化为能量，不是一般常识认为只要“烧”就能烧出来，而是需要巨大的压力和极高温度，如在太阳核心，将世界最简单最轻的物质~氢转化为氦，就需要3000亿个大气压和1500万度的高温，越重的原子核发生聚变反应的温度和压力要求越高。
而核聚变得到的能量还只是原子核中亏损的很小一部分，不到1%。要从质量中榨出更多的能量，除了反物质可以达到100%，这其中还有99%的空白，在未来人类科学发展中，需要去填补。努力吧，有谁能够让质量里的能量能够转化2%，他就是现代人类中大神级的人物了，什么诺贝尔奖完全不在话下。
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