愛因斯坦的質能方程E=mc^2，可以說幾乎無人不知無人不曉，公式如此簡單，如此美妙，诠釋了質量與能量其實是等效的。但更本質的東西其實是能量，質量隻是能量的另一種表現形式而已。

但很多人并不知道質能方程是如何推導出來的，能量為何必須與光速息息相關呢？

這裡先看看特殊的光子。我們都知道光子是沒有靜止質量的，但光子攜帶了能量，說白了光子本質其實就是能量。

光子會與帶電粒子發生作用，比如說，當原子外層電子吸收光子之後，電子的能量變大，可能會發生電子躍遷，從基态躍遷到激發态。如果電子吸收的光子多到一定程度，就會脫離原子核束縛，變成自由電子。

由于能量與質量等效，任何物體吸收光子之後，質量就會增加，隻不過一般情況下增加的量非常有限，我們很難感受到。

明白了這點，就讓我們一起來看一下能量為何會與光速發生關系。這裡需要進行一個思想實驗，愛因斯坦提出的思想實驗。

假設有一個絕對密封的盒子，這個盒子與外界不會發生任何關系，盒子兩側各有一面鏡子，鏡子會百分之百反射光線。

假設盒子是靜止的，一個光子就這樣來回在兩面鏡子之間運動。

如果光子從左面發射，朝右面運動，根據動量守恒，發射光子的瞬間，盒子會向左運動。當右面鏡子吸收光子之後，盒子便會停止。

由于盒子是完全孤立的，不會與外界發生任何關系，意味着沒有任何外力作用于盒子，所以盒子的質量中心不會發生位移的。

問題就在于：盒子向左移動了。質量中心發生了位移。如何解釋這樣的悖論呢？

愛因斯坦認為那根本不是悖論，因為光子攜帶的能量等效于質量，雖然盒子向左運動了，但同時右面的鏡子由于吸收了光子能量，相當于質量增減了，于是盒子整體質心仍舊位于保持不變，還在原來的位置。

用更嚴謹的數學來推導整個過程，如下：

光子動量為P=E/C，E光子能量，C光速。

假設盒子質量是M，往左運動速度V，于是盒子動量P=MV。

再假設盒子向左運動時間為Δ t，距離為Δ X，那麼速度V=Δ X/Δ t。

按照光子與盒子的動量守恒，于是M（Δ X/Δ t）=E/C（1）

如果盒子長度是L，光子運動時間就是Δ t=L/C，兩個公式合并得到：MΔX=EL/ C^2

再假設光子能量等效的質量為m，盒子位移是x1，光子位移是x2，于是盒子質心就是：

剛才說了，實驗前後盒子質心不變，于是就有：

而實驗前光子位移為零，所以x2就是0，公式就可簡化為：mL= MΔX。

将公式（1）M（Δ X/Δ t）=E/C代入上面公式，就得到：mL=EL/C^2，也就是終極公式E=mc^2。

這就是愛因斯坦質能方程的通俗推導過程，一個很重要的基本前提就是質量與能量是等效的！

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