物质、能量、质量
关于这个问题，其实我们的搞清楚，物质、能量、质量的关系。很多人都会把三者的关系混淆。比如：物质有能量么？或者质量有能量么？能量有质量么？
我相信这三个问题随便找人来问，都会有不同的答案。为什么会出现这样的问题？
其实，这里的关键在于“定义不清”。就是物质是什么，能量是什么，质量是什么，这三个问题在不同人心中有不同的答案。
今天，我们就从物理学的角度，尤其是狭义相对论的角度出发理解这个问题。
首先，关于“物质”的定义，其实在物理学中是没有严格定义的，因为你根本没有办法对它做定量分析。但我们常用衡量物质，有一个物理学概念“质量”是来衡量的，牛顿在《自然哲学的数学原理》就给质量下了这么一个定义：
物质的量是同一物质的密度和大小联合起来的一种度量。
所以，牛顿某种程度上绑定了物质和质量之间的关系。但我们还是不得不说，这里的质量，其实只是物质的一个物理量，它并不是物质本身。
接下来，就是狭义相对论的事儿，爱因斯坦在1905年发表了四篇开创性的论文。
其中，9月份寄出的那篇叫做《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》，名字听起来怪怪的，但我们可以管这个叫做质能等价，这里面还有一个特有名气的物理学公式E=mc^2。
这到底是什么意思呢？
很多人都认为这是描述原子弹或者氢弹的原理，实际上并非如此，原子弹和氢弹的原理是核裂变和核聚变，而质量等价讲的是能量和质量之间的关系，前者是在1938年才提出的，而质能等价是在1905年就提出了。质能等价只是解释了原子弹或者氢弹的威力为什么那么大，而不是说如何把原子弹，氢弹造出来。
而爱因斯坦实际上想表达的是什么？
他其实通过相对论的两条基本假设，统一了“质量”和“能量”，它认为质量和能量其实是一回事，就是一个物质的两个面，质量里是具有能量的，能量里是具有质量的，它们之间的关系是可以通过质能方程E=mc^2来进行换算。
也就是说，物质也有能量的一面，物质并不是只有质量，物质所包含的能量是可以通过它自身的质量用质能方程E=mc^2来计算。
这就好比，两个物质粒子，分别是电子和它的反电子，他们相撞最后湮灭。
很多人没搞懂质能等价，就说这是质量转化成了能量。但说难听一点，如果你把这个反应放在一个密封的盒子里，这个盒子和外界没有任何的能量交换，那么这个盒子自身的质量并不会变，无论发没发生湮灭。湮灭后的能量也是有质量的。所以，这两个物质粒子以能量的形式存在，而不是说出现了转化关系。
物质粒子咋来的？
说了这么多，你可能会觉得我跑题了，实际上并没有。因为我们只有搞清楚了上文的概念，才能搞清楚接下来要讲的东西。按照目前的理论，我们知道的是宇宙起源于一次大爆炸。
在大爆炸之后，宇宙进入一种没有物质粒子的状态，也就是没有电子、中子、质子之类的粒子，而我们所说的物质，其实就是这些粒子来构成的，所以，“物质到底是咋来的”这个问题的核心是物质粒子到底是咋来的。
我们可以直接给出答案，物质粒子是碰撞出来的。具体来说是这样的，早期的宇宙就像很多人所描述的是“纯能量”，说白了就是有大一堆的光子。而光子是自身的反粒子。光子具有的能量其实本身也就具有质量。（上文其实已经说了。）由于E=mc^2，我们挪一挪项，就会得到m=E/c^2，这就可以得到光子所具有的质量。
那光子是如何撞出物质粒子的呢？
根据质能方程，其实我们也隐约能够感觉到了，如果光子的能量巨大，那么它所对应的质量就可以比较大。所以，实际上，如果一对光子的能量要大于一对电子所对应的能量。（依旧是质能等价，可以通过E=mc^2，来得到电子所对应的能量。）下图中，电子那一栏的左上角就是电子所具有的的质量，把这个数值再乘以c^2，就可以得到电子的能量。（这里是叫做静止能量。）
那么就可以撞出电子，当然，如果一对光子的能量要大于一对电子的能量，那么多余的能量就会转化为电子的动能。那要具备多少能量才能撞出来呢？
科学家发现，只要温度达到60亿度，光子就能撞出电子，这个温度就叫做阈值温度。不仅可以撞出电子，在不同的阈值温度下，还可以撞出不同的粒子，如下表中：
所以，在宇宙大爆炸早期，这些粒子就是这样碰撞出来的。
