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科学家一直难以解决这个问题直到相对论的出现。在相对论中爱因斯坦提出划时代的质能方程emc2（e是能量，m是物体的静质量，c是光速）将质量和能量联系在一起。而在相对论出现以前，人们认为能量和物质之间是不同的存在物，它们分别遵守它们各自的守恒定律。
2。这里将细致地探讨有关试验来理解和验证这个质能方程：
碳在空气中燃烧，发生的是化学发应；氢2和氢3聚变后，发生的是原子核反应。这两类反应中新物质的形成是十分不同的。
氧分子里的原子是共用电子的，这就形成了化学键（相邻的原子之间强烈的相互作用），当碳和氧反应时，氧分子里的键被破坏，而在碳和氧之间形成新的键。无论化学键的形成或破坏，原子的电子都要重新排列。但原子核却没有变化，在化学反应中，反应前后原子的种类和数目都时相同的。
c+o2co2+能量
氢2和氢3的聚变中，原子核变化了，氢2和氢3原子核里的质子和中子重新排列，变成了氦4的原子核，还剩下一个中子。
氢2＋氢3氦4＋中子＋能量
21h+31h42he+10n+能量(元素符号的左上标表示质量数，左下标表示质子数)
3。我们再比较一下再两类反应中物质的质量。
（1）当12.00112克的碳核31.9988克的氧结合时，产生了44.0100克的二氧化碳。二氧化碳的质量jīng确到四位小数，还是等于碳和氧质量的和。这是符合质量守恒定律的。
c+o2co2+能量
12.0012g31.9988g33.0100g
（2）
21h+31h42he+10n+能量
2.0141g3.0149g4.0015g1.0086g
当我们在氢2和氢3聚变的方程中将两边相加，反应前物质的总质量等于5.0920g，而反应后物质的总质量等于5.0101g。反应后比反应前少了0.0189g的物质。此时，质量守恒定律不再适用了，这0.0189g的物质到底去哪里了？
再看质能方程emc2
这个方程中，光速c的值约等于3#215;108m/s，那么c29#215;1016m2/s2。当这个巨大的数字乘以质量的变化时，结果是巨大的能量被释放出来。所以，这个方程里的物质似乎消失了，其实是转化成为了能量。
但有个疑问：在一般的化学变化和物理变化中似乎没有质量的损失？
其实在碳燃烧时是有质量损失的，但由于一般变化中能量释放得非常少，再用这个数值去除以c2，损失的质量就非常非常小了，我们很难测量出来。
所以根据爱因斯坦的质能方程和大量的试验数据，原来的能量守恒定律和质量守恒定律被发展成为质能守恒定律：物质和能量既不能被创造也不能被消灭，但它们能相互转化。从这一个概念来讲，其实物质可以看作能量的一种高度聚合的形式，那么质能守恒定律可以更准确地表达成：在一个封闭的系统中能量既不会增加也不会减少。
这样，科学家们终于解决了那个困扰了他们很久的问题。科学家相信，在原子形成时，损失的质量转化成能量了。正是这种能量使原子核保持在一起。一般来说，原子核具有超过一个的质子，它们都具有正电荷所以会互相排斥，但正是这些能量使它们保持在一起并且还束缚住了中子。使原子核结合在一起的能量叫结合能。
类比于结合能，化学键也起到同样的作用。虽然化合物是通过两种方式结合起来的：交换电子形成离子化合物（离子键：使yīn、阳离子结合成化合物的静电作用）；共用电子对形成共价化合物（共价键：原子之间通过共用电子对所形成的相互作用）。但是可以概括地用化学键来描述这种结合作用。所以，化学键应该也是一种能量，而且说明分子在形成过程中，原子也相应地损失了一部分质量转化成为化学键。
这里，为了下面叙述的方便我们定义几个概念：
束缚质子（中子）能：将质子（中子）束缚在原子核上的能量。束缚一个质子（中子）的能量大小为一单位。
束缚电子能：束缚电子使其围绕原子核运动的能量。束缚一个电子的能量大小为一单位。
质子(中子)内部能:将质子（中子）的内部结构束缚，保持质子（中子）内部结构的能量。
可以料想，在原子形成的时候，损失的一部分质量将转化成为能量，用以维持原子的内部结构。
四．能量和物质结构。
在这里可以做一个猜想，如果物质可以看作能量的一种高度聚合的形式，那么就不排除有一天可以将物质完全地转化为能量。反之，可以将这些能量收集在一定条件下将它们重新转化为物质。比如说我们可以将垃圾完全转化为能量利用，或者可以将这些能量重新转化为别的物质比如铁，铜等。如果这个猜想可以实现必将开创人类的一个全新的时代。你可能觉得将垃圾变成铁是一件十分荒谬的事情，但是理论上的确有这种可能xing。我们现在面对的可能有3种：（1）不同形式的能量（不包括物质）不再具有任何结构，能量即是构成世界的基本存在物。在它们聚合成为物质的时候，产生的物质结构取决于聚合时候的条件。那么将垃圾变成铁可能xing就非常大了。（2）不同形式的能量（不包括物质）都具有相同的结构，在它们聚合成为物质的时候，产生的物质结构取决于聚合时候的条件。那么将垃圾变成铁便是可能的。（3）不同形式的能量（不包括物质）各自具有不同的结构（此时不同形式能量的划分不以机械能，内能，化学能等为标准），那么特定结构的能量只能聚合成特定的物质，也许垃圾变成的能量只能是垃圾能，而这些垃圾能只能重新被聚合成为垃圾。