自从100多年前，爱因斯坦用狭义相对论刷新了人类的时空观，并同时刷新了人类的质能观，使人类对质量和能量的关系有了全新的认识。
质能转化？神奇的反物质湮灭
虽然在提出狭义相对论的时候，爱因斯坦就发现了质量和能量的等价关系，在一个物理系统内，两者可以此消彼长，但两者的载体——物质始终不变，因此能量作为物质的一种内禀属性，与质量仅是一种此消彼长的换算关系。
但随着量子力学的发展，一种特殊的物质——反物质被发现，它有一个奇异的特性，能跟与之对应的普通物质完全湮灭，使原有物质形式消失成为纯电磁辐射。按照狭义相对论，光速传播的电磁辐射是不具有质量的，在量子力学里属于零质量粒子，因此反物质湮灭的过程被称为质量100%转换成能量的过程。也有人直接把之称为物质100%转化成纯能量。但这涉及到对物质的重新定义，因此我们暂且跳过这种说法。
有没有相反的过程，使能量转化成质量?
答案自然是有的！其中一个最为人熟悉的过程就是高能对撞实验。在加速器的高能对撞实验中，两个在加速器中获得了强大动能的粒子发生碰撞，会产生大量微观粒子，而这些产生的微观粒子的总静止质量往往远大于对撞的粒子静质量之和，这些多出的静质量就是由对撞粒子的能量产生的。
有些人对高能碰撞实验有错误的理解，以为高能对撞是把带电粒子撞碎，新产生的大量粒子是对撞粒子的碎片，这种理解是错误的，比如在正负电子对加速对撞实验中，正负电子对皆为基本粒子，基本粒子是没有内部结构的，自然没有撞碎的可能。所以，加速器对撞实验中并不是大力出奇迹把粒子撞碎，而是在对撞过程中极高的能量密度下产生新的粒子，可以认为，加速器中的高能对撞实验就是能量转化成质量的过程。
（高能对撞实验，图源：Wired com）
纯能量转化成质量的过程
对撞机中高能带电粒子碰撞产生大质量粒子毕竟是由质量粒子携带的动能转化，甚至可以认为那是相对论质量转化成静质量，那有没有真正的正反物质湮灭逆过程：纯能量转化成质量？答案当然是有的：光子对撞。
理论上，当两个高能光子的总能量大于一对正反粒子的静能时，它们碰撞就有可能产生一对正反粒子对。以最常见的正负电子对为例，单个电子的静能为511keV，一对的总能量为1022keV，也就是当一对总能量大于1022keV的光子相撞，就有可能产生一对正负电子对，而达到这个总能量的光子至少其中一个已经达到伽马射线频段。
目前人类实验装置中暂时未实现这种对撞，但理论上这种对撞在宇宙间时刻发生，那就是伽马射线暴冲击宇宙微波背景辐射时产生的光子对撞！
（伽马射线暴，图源：Space com）
前面提过，光子对撞过程在地球参考系看来至少要其中一个光子达到伽马射线频段以上，且与宇宙微波背景辐射光子的配对总能量达到一对正反物质的内禀总能量以上，就有可能产生一对正反物质粒子！那还有更直接的吗？答案依然是肯定的！
纯天然质量转化器——黑洞
作为宇宙中已知最特别的天体，黑洞大家一定不陌生，这是爱因斯坦的广义相对论预言的一种天体，是广义相对论时空几何下存在的特殊天体，它里面其实除了弯曲的时空，就什么也没有……而时空弯曲是一种特殊的纯能量形式，黑洞正是以极度弯曲的时空，存储着巨大的能量。等等，不是说质量转化器吗？咋就变成了纯能量……
（黑洞，图源：视频截图）
那是因为我们前面说的是黑洞的内部……但作为一个天体，对于外界宇宙，包括地球上的我们，黑洞实际上是一个由视界面包裹着的球形天体。它反映在外界宇宙中的性质有质量、电荷、角动量和温度。
质量、电荷和角动量是由黑洞无毛定理给出的，而温度则由霍金辐射给出。也就是说，一切落入黑洞的物质能量，最终都只增加或减少了黑洞的质量、电荷、角动量和温度，由于霍金辐射的温度与质量相关，所以我们在讨论能量落入黑洞后产生的变化时可以忽略掉温度变化：当一个不带电的光子落入黑洞，外界宇宙损失了部分能量，而黑洞则增加了质量和角动量，这一过程，我们就可以理解为能量被黑洞转化成了质量！
（星际穿越的黑洞，图源：电影截图）
质量生发器——微黑洞的霍金辐射
黑洞虽然能使落入的能量变成其质量，但实际上它实际上只是化作一段弯曲的时空，那有没有更直接的能量转质量？答案显然是肯定的！
前面说过，黑洞的温度与其质量相关，这种相关并非正相关，而是负相关。根据霍金的计算，黑洞的质量越大，霍金辐射的温度越低，相反黑洞的质量越小，霍金辐射的温度则越高。
（霍金墓碑上的霍金辐射温度公式，图源：网络）
那温度高跟产生质量有什么关系呢？众所周知，在霍金的解释里，霍金辐射所辐射的粒子是直接从真空中产生的虚粒子对，在黑洞很大的时候，视界附近的引力梯度较小，所能分离的虚粒子对的能量很小，所以此时所能产生的霍金辐射只能是一些波长很长、频率很低、能量很小的光子。但当黑洞足够小的时候，视界附近的引力梯度会变得很大，所能分离的虚粒子对能量也随之变大，当其能量超过一个具有静质量的基本粒子时，具有静质量的粒子就有可能从霍金辐射中直接产生！
（霍金辐射，图源：网络）
一切只是物理规律！
看到这里，你大概也能总结出一个结论：无论是质量还是能量，不过是物理规律使然，一切的基本粒子，不过是对应能量密度下在相应的物理规律中自然生成，仅此而已。
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