爱因斯坦质能方程E=mc^2揭示了物质的质量和能量之间的关系：能量与物体的质量成正比,质量和能量不可分割地联系在一起.质能方程E=mc^2或ΔE=Δmc^2是否反映了质量和能量之间的定量转化关系?质量和能量是否是不守恒的,而是质能守恒?与其相关的“质量亏损”又怎么理解呢?
要搞清这些问题,就要理解爱因斯坦质能方程的含义.质能方程E=mc2说明,当一个物体的运动质量为m时,它运动时蕴含的总能量为E.总能量E包括物体的动能和静能.在物体的运动速度不是很大时,动能Ek =(1/2) m0v^2,m0是静止质量.静能E0即物体静止时具有的总内能,包括分子动能、分子间的势能,使原子与原子结合在一起的化学能,使原子核与电子结合在一起的电磁能,以及原子核内质子、中子的结合能,等等,E0=m0c^2.所以E= mc^2= E0+Ek.E=mc^2说明了一个物体所蕴含的总能量与质量之间的关系.
ΔE=Δmc^2说明当一个系统的质量变化了Δm时,相应变化的能量为ΔE.一个系统的能量减少时,其质量也相应减少；当另一个系统接受因而增加了能量时,质量也有相应增加.ΔE=Δmc^2说明了一个物体质量改变,总能量也随之改变.
两式含义表明,质能方程没有“质能转化”的含义,质能方程只反映质量和能量在量值上的关系,二者不能相互转化.对一个封闭系统而言,质量是守恒的,能量也是守恒的.在物质反应和转化过程中,物质的存在形式发生变化,能量的形式也发生变化,但质量并没有转化为能量.质量和能量都表示物质的性质,质量描述惯性和引力性,能量描述系统的状态.
那么,质量亏损又是怎么回事呢?
我们可以看到,质量亏损总是发生在系统向外辐射能量的情况下,系统能量减少,质量自然就减少了.当系统的质量减少Δm时,系统的能量就减少了ΔE,减少的能量向外辐射出去了.减少的质量转化为光子的质量,减少的能量转化为光子的能量!虽然光子的静止质量为0,但在光子的辐射过程中,具有能量E=hυ,所以运动的光子具有一定的质量.光子运动的速度始终为c,E=hυ= mc^2,所以当一个光子的频率为υ时,它的质量为m= hυ/ c^2.