宇宙在那里，等着你发现它。
在我们用来描述宇宙的所有方程式中，也许最著名的方程式E = mc²也是最深刻的。它是爱因斯坦于100多年前首次发现的，它教会了我们许多重要的事情。我们可以将质量转化为纯能量，例如通过核裂变，核聚变或物质反物质an灭。我们可以仅凭纯粹的能量来制造粒子（和反粒子）。而且，也许最有趣的是，它告诉我们，任何质量的物体，无论我们对其进行冷却，放慢速度或与其他物体隔离，都将始终具有一定的内在能量，而我们永远不会摆脱它的。但是这种能量从何而来呢？这就是Rene Berger想知道的，他问：
我的问题是，在方程E = mc²中，“ m ” 中的能量从何而来？
让我们以最小的尺度潜入内部物质以进行发现。
我们需要做的第一件事是了解方程 E = mc²，这意味着分解其中的每个项。
1.E代表能量：在这种情况下，我们正在查看的粒子（或一组粒子）中包含的总能量。
2.m代表质量：我们正在考虑的粒子的总静止质量，其中“静止质量”是指未运动且未通过任何已知力与任何其他粒子绑定的粒子的质量。 ，核力或电磁力）。
3.ç ²是光平方的速度：在这种情况下，只是一个换算系数，它告诉我们如何质量（这是我们在衡量公斤）能源（我们将在焦耳衡量）转换。
我们可以从核反应中获取大量能量的原因直接来自于该方程 E = mc²。
即使我们转换仅单个公斤（1公斤）的质量成能量，但事实上， Ç ² [其是（299792458米/ S）²]必然意味着我们会得到同等的TNT的21.5兆吨转化产生的能量。这就解释了为什么太阳会输出这么多的能量。为什么核反应堆如此高效？为什么受控核聚变的梦想是能源的“圣杯”？以及为什么核弹如此强大又如此危险。
但是，有一个快乐的一面E = MC ²，太。这意味着存在一种能量形式，无论您对它做什么都无法将其带走。只要它仍然存在，这种能量形式就会一直存在。出于多种原因，这令人着迷，但也许最有趣的一个原因是，所有其他形式的能量确实可以去除。
例如，运动中的粒子具有动能：与它在宇宙中运动相关的能量。当快速移动的巨大物体与另一个物体碰撞时，无论碰撞如何发生，碰撞都会为其赋予能量和动量。这种形式的能量存在于粒子的剩余质量能之上。它是粒子运动固有的能量形式。
但这是一种能量形式，可以在不改变粒子本身性质的情况下将其除去。简单地通过增强自己，使您以与正在观察的粒子相同的精确速度（幅度和方向）移动，即可降低该粒子的总能量，但只能降低到一定的最小值。即使除去其所有动能，其静止质量能（由E = mc²定义的部分） 也将保持不变。
您可能会认为，这意味着您可以针对任何系统消除除剩余质量能量以外的所有形式的能量。您可以想到的所有其他形式的能量-势能，结合能，化学能等-与静止质量是分开的，这是事实。在适当的条件下，这些能量形式可以被带走，仅留下裸露的，静止的，孤立的颗粒。在这一点上，他们会拥有的唯一能量是它们的静止质量能量：E = MC ²。
那么，这是否静止质量的 米在E = MC ²，从何而来？您可能很快就会回答“希格斯”，这部分正确。早在宇宙大爆炸后不到一秒钟的时间里，就恢复了将电磁力与弱核力统一在一起的电弱对称性，表现为一种单一的力。当宇宙膨胀并充分冷却时，这种对称性就破裂了，标准模型的粒子将遭受巨大的后果。
首先，许多粒子（包括所有夸克和带电轻子）获得了非零的静止质量。由于这些能量量子中的每一个都耦合到遍布宇宙的量子场希格斯场，因此许多粒子现在具有非零的静止质量。这是对这些粒子在m处的能量来自何处的部分答案 ：从它们与基本量子场的耦合。
但这并不总是那么简单。如果您考虑电子的质量并尝试根据电子与希格斯的耦合来解释它，那么您将100％成功：希格斯对电子质量的贡献恰好为您提供了电子的质量。但是，如果您试图以此来解释质子的质量，则通过将构成它的其余夸克和胶子的质量相加，就会变得很短。实际上，方法很短：您不会得到938 MeV /c²的实际值，而只会得到〜1％的值。
由于质子（以及其他相关原子核）都是由夸克和胶子构成的，并且构成了宇宙中正常（已知）物质的大部分，因此必须有另一个贡献者。就质子而言，罪魁祸首是强大的核力量。与重力和电磁力不同，强量子核力（基于量子色动力学和夸克和胶子的“颜色”属性）实际上在两个夸克距离越远时就变得更强。
每个夸克由三个夸克组成，原子核中的每个核子通过在这些夸克之间交换的胶子保持在一起：一种像弹簧一样的力，随着夸克距离的增加，它会变得更强。尽管质子是由点状粒子构成的，但质子仍具有有限的大小，这是因为该力的强度以及原子核内部粒子的电荷和耦合。
如果夸克能够以某种方式释放出来，那么宇宙中的大部分质量将被转换回能量； E = MC ²是可逆反应。在超高能量下，例如在非常早的宇宙中或在重离子对撞机（如RHIC）或LHC中，已经达到了这些条件，从而形成了夸克胶子等离子体。但是，一旦温度，能量和密度降到足够低的值，这些夸克就会重新受到约束，这就是大多数正常物质质量的来源。
换句话说，具有三个自由夸克（即使希格斯给予了它们非零的静止质量）在能量上远不如使这些夸克被束缚在一起形成质子和中子等复合粒子更不利。负责我们宇宙中已知质量（m）的大部分能量（E）来自强大的力，并且由控制颜色电荷的粒子的量子规则所引入的结合能。
我们很久以前就学到的仍然是正确的：能量总是可以从一种形式转换为另一种形式。但这仅是有代价的：将足够的能量泵入系统以消除这种额外形式的能量的成本。对于前面的动能示例，这意味着提高您的速度（作为观察者）或提高粒子的速度（相对于您，观察者）直到匹配为止，这两者都需要输入能量。
对于其他形式的能量，它可能更复杂。中性原子的质量比电离原子小〜0.0001％，这是因为电子与原子核的电磁键合释放出约10 eV的能量。由质量引起的空间变形产生的引力势能也起作用。甚至整个地球，其质量也比组成它的原子少0.00000004％，因为我们世界的重力势能总计达2×10 32J。
当谈到爱因斯坦最著名的方程式时，E = mc² 告诉我们，质量的一切都具有其固有的基本能量，无法以任何方式将其消除。只有彻底破坏物体-通过使其与反物质碰撞（导致能量释放）或向其中注入足够的能量（仅对于复合粒子，其基本成分保持完整），我们才能将该质量转换回某种形式的能量。
对于标准模型的基本粒子，希格斯场及其与每个粒子的耦合提供了构成质量m的能量 。但是，对于宇宙中大多数已知的质量，质子，中子和其他原子核而言，强大的力产生的束缚能使我们获得了大部分质量 m。对于暗物质？尚无人知道，但这可能是希格斯，某种形式的结合能，或其他完全新颖的东西。但是，无论原因是什么，都为这种看不见的物质提供了能量。 E = mc² 一定会保持正确。
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