这或许是世界上最著名的方程，也是最优雅的方程之一。爱因斯坦著名的质量-能量等价关系，用简单的公式 E=mc² 来表示，即使是小学生也耳熟能详。
有时，它仅仅是科学的代名词——就像漫画中黑板上写着 E=mc²，就意味着有什么重大的物理学要发生了。但爱因斯坦的方程所暗示的关系，是宇宙本身基本属性的基础。质量就是能量，能量就是质量；这个方程在两个看似截然不同的领域之间架起了一座桥梁。
支撑这个方程的物理学原理是恰当的深奥而复杂。但对我们其他人来说，爱因斯坦公式的意义很大程度上归结为一件事：我们周围的物质中蕴藏着巨大的能量。该方程将物体静止参考系中的能量（公式左边的 E）等同于物体的质量乘以光速的平方。
正如你可能已经知道的，光速非常快。光子以大约每秒 300,000,000 米（或大约每秒 186,000 英里）的速度传播。现在将这个数字乘以它本身，也就是平方，这个数字就会变得惊人地大。光速的平方是 8.98755179 × 10^16 m²/s²（即 8.9 后面跟着 16 个零）。
关于爱因斯坦公式的一个普遍误解是，质量可以转化为能量。这其实并不完全正确，也不是爱因斯坦提出他革命性思想时想要表达的意思。相反，他的方程表明，一个物体质量的变化需要其能量的变化。这就是为什么核反应的最终产物的总质量比它们的母原子要轻。当质子和中子在核裂变过程中从原子中分裂出来时，它们会释放能量。正如我们从爱因斯坦那里得知的那样，这等同于质量。
很容易看出，即使是微量的物质也代表着巨大的能量。当人类发明了原子弹时，我们体会到了那种可怕的能量。小男孩核武器释放的巨大能量相当于其放射性燃料不到一克的质量。这还不到一枚硬币重量的一半。
当然，你不需要原子武器来将质量转化为能量。每次点燃蜡烛时，你都在从物质中提取能量（尽管那里的机制是化学反应，而不是核反应）。但蜡烛发出的光和热只是其中蕴含能量的一小部分。一根蜡烛或许能点亮一顿浪漫的晚餐，但其内部所有质量的能量等价物足以夷平整个城市。
光子悖论
尽管能量-质量方程看起来很简单，但有些特殊情况似乎挑战了它的假设。例如，以光子为例。这些代表光子的粒子，其质量为零，但仍然含有能量。如果将爱因斯坦的方程照字面意思理解，这似乎是不可能的。如果 mc² 为零，那么 E 也必须为零。但我们知道事实并非如此。
这个悖论通过一个稍微扩展、鲜为人知的公式版本得到了解决。这个公式加入了动量（p），并将其乘以光速。写出来就是：E²=p²c² + m²c⁴。对于光子而言，m=0，公式就简化为 E=pc。因为无论从哪个角度看，光子都以光速运动，所以它们具有动量，因此也具有能量。粒子物理学的实验证实了这一结果，这些实验结果只有在能量-质量-动量方程对光子成立时才一致。
等号的力量
将 E 等于 mc²，促成了 20 世纪最强大、最具影响力的物理学。但对于物理学领域来说，这也有点像一次逻辑上的飞跃。在爱因斯坦的工作之前，科学家们将能量和质量视为完全不同的两件事。能量，无论是作为光、热还是其他形式，都属于自己的类别，而质量，所有物质都具有的某种属性，则是另一个类别。尽管质量和能量可以相互作用，但它们之间从未有过等价关系。
但通过寥寥几笔，爱因斯坦就将质量等同于能量，象征性地打破了两者之间的壁垒。从这个角度看，可以理解质量越大的物体也拥有越多的能量，增加（或减少）质量也改变了它所代表的能量。
爱因斯坦的方程不仅预示了原子弹，还预示了其他利用核能的方式。今天的核电站利用的科学原理与核武器的根本原理相同。小型核“电池”为旅行者号航天器提供动力——已经运行了四十多年——而更大规模的核电站有一天可能会为月球宇航员提供能源。如果人类最终攻克了维持核聚变的艰巨科学挑战，我们也将再次感谢爱因斯坦的工作。
