自從100多年前，愛因斯坦用狹義相對論重新整理了人類的時空觀，并同時重新整理了人類的質能觀，使人類對品質和能量的關系有了全新的認識。
質能轉化？神奇的反物質湮滅
雖然在提出狹義相對論的時候，愛因斯坦就發現了品質和能量的等價關系，在一個實體系統内，兩者可以此消彼長，但兩者的載體——物質始終不變，是以能量作為物質的一種内禀屬性，與品質僅是一種此消彼長的換算關系。
但随着量子力學的發展，一種特殊的物質——反物質被發現，它有一個奇異的特性，能跟與之對應的普通物質完全湮滅，使原有物質形式消失成為純電磁輻射。按照狹義相對論，光速傳播的電磁輻射是不具有品質的，在量子力學裡屬于零品質粒子，是以反物質湮滅的過程被稱為品質100%轉換成能量的過程。也有人直接把之稱為物質100%轉化成純能量。但這涉及到對物質的重新定義，是以我們暫且跳過這種說法。
有沒有相反的過程，使能量轉化成品質?
答案自然是有的！其中一個最為人熟悉的過程就是高能對撞實驗。在加速器的高能對撞實驗中，兩個在加速器中獲得了強大動能的粒子發生碰撞，會産生大量微觀粒子，而這些産生的微觀粒子的總靜止品質往往遠大于對撞的粒子靜品質之和，這些多出的靜品質就是由對撞粒子的能量産生的。
有些人對高能碰撞實驗有錯誤的了解，以為高能對撞是把帶電粒子撞碎，新産生的大量粒子是對撞粒子的碎片，這種了解是錯誤的，比如在正負電子對加速對撞實驗中，正負電子對皆為基本粒子，基本粒子是沒有内部結構的，自然沒有撞碎的可能。是以，加速器對撞實驗中并不是大力出奇迹把粒子撞碎，而是在對撞過程中極高的能量密度下産生新的粒子，可以認為，加速器中的高能對撞實驗就是能量轉化成品質的過程。
（高能對撞實驗，圖源：Wired com）
純能量轉化成品質的過程
對撞機中高能帶電粒子碰撞産生大品質粒子畢竟是有品質粒子攜帶的動能轉化，甚至可以認為那是相對論品質轉化成靜品質，那有沒有真正的正反物質湮滅逆過程：純能量轉化成品質？答案當然是有的：光子對撞。
理論上，當兩個高能光子的總能量大于一對正反粒子的靜能時，它們碰撞就有可能産生一對正反粒子對。以最常見的正負電子對為例，單個電子的靜能為511keV，一對的總能量為1022keV，也就是當一對總能量大于1022keV的光子相撞，就有可能産生一對正負電子對，而達到這個總能量的光子至少其中一個已經達到伽馬射線頻段。
目前人類實驗裝置中暫時未實作這種對撞，但理論上這種對撞在宇宙間時刻發生，那就是伽馬射線暴沖擊宇宙微波背景輻射時産生的光子對撞！
（伽馬射線暴，圖源：Space com）
前面提過，光子對撞過程在地球參考系看來至少要其中一個光子達到伽馬射線頻段以上，且與宇宙微波背景輻射光子的配對總能量達到一對正反物質的内禀總能量以上，就有可能産生一對正反物質粒子！那還有更直接的嗎？答案依然是肯定的！
純天然品質轉化器——黑洞
作為宇宙中已知最特别的天體，黑洞大家一定不陌生，這是愛因斯坦的廣義相對論預言的一種天體，是廣義相對論時空幾何下存在的特殊天體，它裡面其實除了彎曲的時空，就什麼也沒有……而時空彎曲是一種特殊的純能量形式，黑洞正是以極度彎曲的時空，存儲着巨大的能量。等等，不是說品質轉化器嗎？咋就變成了純能量……
（黑洞，圖源：視訊截圖）
那是因為我們前面說的是黑洞的内部……但作為一個天體，對于外界宇宙，包括地球上的我們，黑洞實際上是一個由視界面包裹着的球形天體。它反映在外界宇宙中的性質有品質、電荷、角動量和溫度。
品質、電荷和角動量是由黑洞無毛定理給出的，而溫度則由霍金輻射給出。也就是說，一切落入黑洞的物質能量，最終都隻增加或減少了黑洞的品質、電荷、角動量和溫度，由于霍金輻射的溫度與品質相關，是以我們在讨論能量落入黑洞後産生的變化時可以忽略掉溫度變化：當一個不帶電的光子落入黑洞，外界宇宙損失了部分能量，而黑洞則增加了品質和角動量，這一過程，我們就可以了解為能量被黑洞轉化成了品質！
（星際穿越的黑洞，圖源：電影截圖）
品質生發器——微黑洞的霍金輻射
黑洞雖然能使落入的能量變成其品質，但實際上它實際上隻是化作一段彎曲的時空，那有沒有更直接的能量轉品質？答案顯然是肯定的！
前面說過，黑洞的溫度與其品質相關，這種相關并非正相關，而是負相關。根據霍金的計算，黑洞的品質越大，霍金輻射的溫度越低，相反黑洞的品質越小，霍金輻射的溫度則越高。
（霍金墓碑上的霍金輻射溫度公式，圖源：網絡）
那溫度高跟産生品質有什麼關系呢？衆所周知，在霍金的解釋裡，霍金輻射所輻射的粒子是直接從真空中産生的虛粒子對，在黑洞很大的時候，視界附近的引力梯度較小，所能分離的虛粒子對的能量很小，是以此時所能産生的霍金輻射隻能是一些波長很長、頻率很低、能量很小的光子。但當黑洞足夠小的時候，視界附近的引力梯度會變得很大，所能分離的虛粒子對能量也随之變大，當其能量超過一個具有靜品質的基本粒子時，具有靜品質的粒子就有可能從霍金輻射中直接産生！
（霍金輻射，圖源：網絡）
一切隻是實體規律！
看到這裡，你大概也能總結出一個結論：無論是品質還是能量，不過是實體規律使然，一切的基本粒子，不過是對應能量密度下在相應的實體規律中自然生成，僅此而已。
我是星宇飄零，關^_^注我，和你分享更多有趣科學知識。
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