在十九世纪中叶以前,能量和质量是两个截然不同的物理概念。因此,它们各种遵守着自己的守恒定律,即能量守恒定律和质量守恒定律。
然而,在十九世纪末,人类发现了发射性元素。原子衰变后,会损失一部分质量,并释放出能量。于是,能量守恒定律和质量守恒定律不再成立,被更高层次的质能守恒定律所取代。
到了1905年,爱因斯坦在用光的粒子性解释光电效应时,建立了著名的质能公式。于是,质能不仅能够互换,而且还具有了确定的互换比例。
由此,产生出了一个新的问题,即质能转化的条件是什么,如何决定两者的互换方向。
根据现代科学的认识,能量是关于粒子运动能力的度量,质量是被封闭的粒子关于其空间效应的度量。所以,能量与质量在本质上是相同的,都是关于粒子运动的描述。这也是为什么,两者可以相互转化的原因。
不过,由于能量是开放的粒子运动,质量则是被封闭的粒子运动;根据熵增原则,在通常的情况下,应该是质量转化为能量。这也是为什么,我们现在看到的,基本上都是质量转化为能量的原因。比如,太阳?对外辐射☢️阳光☀️。
然而,毕竟是存在着质量的。否则的话,现在也不会有质量进行能量的转化。这说明,在宇宙的初期,在宇宙发生剧烈变化的时候,存在着能量转化质量的过程。
宇宙的膨胀,取决于宇宙内外部空间能量密度即内外部空间压强的对比。当宇宙内部最小粒子——量子的间距趋近于零时,宇宙就再也无法收缩了。于是,宇宙以大爆炸的形式开始了反转,走上了新一轮的膨胀之旅。
此时,宇宙的膨胀速度远大于其内部的传播速度,宇宙内部空间会随着宇宙的膨胀而越来越不平衡。于是,局部高能的量子相对于量子空间产生了屏蔽效应。
由此,形成了封闭体系,即产生出了各种基本粒子。这就是能量转化为质量的物理机制,这一机制起到了缓解宇宙内部不平衡的作用。
当宇宙的膨胀速度低于宇宙内部的传播速度,即宇宙的膨胀趋于平缓时,宇宙内部的能量就不再转化为质量,而已经生成的质量也会逐渐地解体,还原为能量。这就是我们今天所看见的情况。
总之,类似大海的涌动可以产生泡沫,能量向质量的转化,需要外部环境的剧烈变化。能量与质量的相同,使两者的转化成为可能;而宇宙的大爆炸,是能量转化为质量的外在条件。