质量，本质上是个很神奇的东西，而它为什么会神奇呢？这无非就两个因素：第一是引力，第二是能量。

关于质量与引力的问题，虽然从其最原始的作用机制上，我们还不能探究到它们到底是怎么产生的，但是牛顿却已经给我们找到了质量与引力之间的关系，即是引力的大小与两个物体质量的乘积成正比，与两个物体之间的距离的平方成反比。这是牛顿最著名的万有引力定律，虽然这个定律的产生机制被后来的爱因斯坦成功而形象地用时空弯曲来解释了，但其也并没有解释到其本质上。

万有引力公式

那么还有一个与质量有关的因素呢？能量，这质量与能量的关系，这辈子注定跟爱因斯坦脱离不了关系了。至少，说到能量与质量的关系问题，许多人都会马上想到爱因斯坦那简单而著名的质能公式：E=mc^2，从这条公式中就能让很多人看到，原来质量是可以转化成能量的，而如果我们再大胆一点地去猜测，相信很多人都会认为其实质量跟能量本就是一个整体的，它们都只是表现形式不同而已。那么如果我们真的去肯定质量的本质就是能量的话，我们能有什么方式去证明吗？

质能方程

其实很多人不了解，数学在物理上为什么会那么重要，为什么很多物理规律都可以从一些数学公式里面发现，想不明白为什么数学可以这么神奇。也许吧，从上面所说的问题上，我们真的可以从简单的数学公式中证明质量的本质其实就是能量。

复杂的数学公式

许多人都知道，有质量的物体不能超过光速，光子是没有质量的，而且有质量的物体会随着其运动速度的加快而出现质量增加的现象。这些到底是为什么？实际上，这些都是可以用数学公式来解释清楚的。

牛顿第二定律

牛顿第二定律表明，作用力F施加到质量为m的物体上后，该物体会得到一个加速度a=F/m，从这个加速度的公式中，我们可以很明白地知道，物体所得到的加速度a是与作用在它身上的F成正比的，作用力越大，加速度也就越大，而同时加速度a却是与物体的质量成反比的，物体的质量m越大，其所得到的加速度a就越小。那么，我们所得到的这个加速度a有什么作用呢？其实加速度a就是物体速度变化快慢的意思，根据公式：速度v=at可知，作用力在物体上作用的时间越长，物体所得到的加速度作用时间也就越长，然后物体所拥有的速度也就会越大。

我们假设一下，万一作用力无限时地作用在物体上，然后使得物体一直保持着一种匀加速的速度在运动，那么它在经过被无限时的加速之后，按公式来计算的话，迟早有一天，这个有质量的物体必然就会超过光速。可我们已经提前知道有质量的物体是不能超过光速的啊，那么这公式一算起来不就有问题了吗？那么这个问题出在哪里？没人会怀疑速度v=at是错的吧，既然加速度的公式没错，难道有质量的物体不可以超过光速是错的？

其实都没有，最大的问题就出在了牛顿第二定律a=F/m上，这个公式在物体速度远低于光速的时候是完全成立的，但是当它的速度达到一定的值之后，它所出现的误差就会越来越明显，而为什么会明显？因为质量m的变化会越来越大。因此，要使这个公式在物体接近光速运动时依旧成立的话，那就不能再用它的静止质量，而是用它的运动质量。

物体的运动质量是如何得到的

当物体速度大的一定程度后，我们不能再用a=F/m了，那该用什么？用积分F=dp/dt的公式，其中dp为动量的变量，即p=mv，从这个公式中，我们就可以看得出来，作用力F在持续不断地作用在物体上时，物体的速度确实会逐步地增加，即是物体的动量会随着其速度的增大而增大。当其速度达到一定值之后，甚至是大到接近光速的时候，速度v就升不上去了，因为它确确实实不能达到光速，那么持续作用在物体上的力最终会去哪里了呢？其实，它同样也是去给物体增加了动量了，只是这个动量的变化方式早已经不再是去改变物体的速度了，而是去增加物体的质量。在速度再也升不上去的时候，作用力F持续地给物体施加作用力，物体的动量依旧会通过增加质量的方式去不断地增加动量。

从这里我们就可以看得出质量与速度的关系了，而这个关系的公式表达则为：

运动质量与速度的关系

当物体的速度v越接近于光速c时，公式中的分母就越小，当v无限接近c时，分母的值就趋向于0，而这趋向于0的分母就会导致算出来的物体运动质量M的结果趋向于无穷大。

光子的质量必须为0的原因

?从这里我们也就顺便可以知道为什么光子不能有质量了，因为当光子有质量的时候，由于它的速度确确实实的已经是光速了，也即是说它的分母已经为零，不再是无限趋向于0了。在数学上，只要分母为0，那么分子必须为0才能使分式成立。因此，光子的质量就必须为0，同时，若光子的质量不为0的话，它只有一丁点微不足道的质量都会因为其光速的问题而拥有无限大的能量，这能量打在人体身上，你说人还会毫无感觉吗？

能量转化为质量的雏形

质量无穷大，如果在这个时候，我们再将前面的加速度公式a=F/m加进去呢？这时你应该就会发现，在有限的作用力F的作用下，对于具有无穷大的质量M，即是这个无穷大的分母中，其所能得到的加速度a必然就是趋向于0的无穷小了，这也就解释了物体到了接近光速的后期为什么速度就无法再加得上去的原因了。

那么，即便速度上不去了，但是由于作用力F还可以持续地施加，因此F对物理施加的力量也就转化成了物体的质量，而从外力转化成质量的这一步来看，我们是不是就看到了能量转为为质量的一个雏形呢？

如果你觉得这不是雏形，那么我们再来看一条物体的动能公式：

动能公式

Ek表示的是运动物体的动能，m表示的是物体运动的质量，而v则表示物体的运动速度。当外力F持续对物体施加的时候，速度v是变不了的了，但是质量却依旧可以持续地升上去，而质量升上去的最直接体现就是其动能的增加。

我们知道核能的转化本质是依靠质量的损失转化而来的，正反物质的湮灭同样也是质量转化为能量的一种结果，而能量转化为质量呢？当有质量的物体达到接近光速的这个临界值时，继续对物体施加作用力，这是不是真的可以视作为一种能量转化为质量的表现形式？