这话可能让人迷糊了。我时常处于静止中，咋没觉得自己身上有这么大的能量呢？回答是：能量的绝对值是无法测量的，可测量的是相对值。你的质量乘以c2得到的能量，指的是把你转换成无质量的虚空所放出的能量。没错，破碎虚空！实际现在还没办法把一个人变成虚空，所以这超级巨大的能量根本放不出去。你平时走路、跑步、刷微博所消耗的能量，确实会反映为你的质量的变化，但这点变化实在太小了，观测不到。

　　另一个问题是，光子的质量不是零吗？这里的关键是要搞清，质量分为静质量和动质量。静质量是物体在静止状态下的质量，动质量是物体在运动状态下的质量。静止的物体运动起来，动能增加了，就会增加相应的质量，所以动质量总是大于静质量。我们平常说光子的质量为零，指的是静质量为零。但由于光子在以光速运动，具有能量，所以它的动质量并不为零。而像铁块或者人这样的物质，在静止状态下质量就不为零，在运动状态下质量也会变化。在日常生活中，这点质量变化小得无法观测。但如果速度非常高，跟光速可以比较，那质量变化就会显著了。

　　现在我们可以回答一个令许多人迷惑的问题：有能量守恒定律，也有质量守恒定律，那么这两个定律究竟是什么关系？是等价的？还是一个是精确的，另一个是近似的？实际上，能量守恒定律是一个完全精确的定律，或者说物理学家愿意为了捍卫它战斗到最后一滴血。每当发现能量似乎不守恒的实验结果，物理学家的第一反应就是某些能量被遗漏了，然后拼命去找，绝不会不做抵抗就放弃能量守恒定律，而到目前为止他们每次也都能找到。质量守恒定律就有点微妙了。根据质能关系，质量跟能量只是差一个常数比例而已，那么能量守恒当然就等价于质量守恒。在这个意义上，质量守恒定律也是一个完全精确的定律。但要注意，这里说的是动质量，静质量可没有理由守恒。然而我们平时说的质量守恒定律，指的却是静质量，例如说化学反应前后质量不变，证据就是拿天平称一称，反应物和生成物的质量确实相等。这就出问题了。实际应该是，反应物和生成物的静质量不相等！双方的静质量差，就对应于反应中的能量变化，即化学能。如果反应放出能量，生成物的质量就小于反应物。如果反应吸收能量，生成物的质量就大于反应物。那位说了，道尔顿和化学工程师用了这么多年的质量守恒定律，怎么没出毛病？回答也很简单，质量变化太小，测不出来。跟静质量中蕴含的巨大能量相比，化学能实在是too young too simple，微不足道。所以日常用的（静）质量守恒定律仍然是一个相当准确的定律，但要注意，它的准确程度就比能量守恒定律低一级了，因为它依赖于能量变化远小于静质量对应的能量这个条件，本质上是近似的。

　　明白了这些之后，就会发现质能关系还有一大妙处：只需要知道一个变化前后的静质量差就能预测能量变化，而不需要知道变化的细节。这个特点让核裂变与核聚变一下子就变成了可以利用的现象，在我们找到实现它们的办法之前！

　　核反应

　　在我上高中的时候，就发现了化学课本上一件奇怪的事。课本说质子的质量是1.0073个原子质量单位（原子质量单位即amu，等于1.6605× 10-27 kg），中子的质量是1.0087amu。然而原子质量单位的定义是碳12原子质量的1/12，也就是说碳12原子的质量就是12amu。那么问题来了，碳12原子中有6个质子、6个中子，它们的质量加起来就已经超过12amu，这还没算12个电子呢。质量怎么不守恒了？

　　现在我们明白，不守恒就对了。质量减小了，是因为质子和中子结合成原子核时放出了大量的能量，这个能量远远大于平时见到的化学能，所以质量的变化（往往称为质量亏损）可以注意到了。推而广之，其它各种原子核的质量都不等于组成它的质子与中子的质量之和，质量亏损有的多有的少，取决于质子和中子（统称核子）结合的强弱。

　　既然不同原子核中核子结合的强弱不同，那么就有可能让结合弱的原子核中的核子重新整合成结合强的原子核，放出大量的能量。这就好比化学反应，分子中原子的结合有强有弱，让结合弱的分子（如炸药分子和氧气分子）重组成为结合强的分子，就会放出化学能。原子核的重新组合，就称为核反应。核反应可以是大的原子核变成几个小的原子核，称为裂变，也可以是几个小的原子核合并成大的原子核，称为聚变。1千克铀238核裂变能产生的能量相当于2500吨煤。核聚变就更不得了，每一升水中约含有30毫克氘（氢的同位素，占氢的1/7000，也称重氢，原子核包括一个质子和一个中子，而普通的氢原子核就是一个质子），通过聚变反应产生的能量相当于300升汽油的热能。地球上仅海水中就含有45万亿吨氘，足够人类使用上百亿年。还有人提出到月球上去采集核燃料。

　　发现了如此强大的能源，人类从此过上了幸福的生活……啊不，质能方程给我们的只是一个潜在的可能性，真要实现核反应，需要的工作可就多了。无数的科学家和工程师从此过上了苦不堪言的生活。

　　恒星的孩子

　　古往今来，对太阳的崇拜遍及许多宗教和无数人。但谁也不知道太阳发光发热的根源是什么。直到1938年，美国物理学家汉斯·贝特（1906-2005，享年99岁的超级硬朗老爷子）才发现太阳的能量来自于核聚变。《费曼物理学讲义》提到，那天晚上他和女朋友出去散步，女生说：“天上的星星好美呀！”贝特说：“是的，然而现在我是世上唯一知道它们为什么闪烁的人。”女生笑笑，没说话。科学家的浪漫，真是令人忧伤的故事……

　　在一般的条件下，核聚变是不会发生的。但在太阳中心，1500万度的高温和2000亿个大气压的高压下，氢就可以聚变成氦了。这样的反应已经进行了46亿年，向外发出了巨大的能量。其中极其微小的一部分落到了地球上，就滋养了地球丰富的生态圈和整个人类。大自然的安排多么不可思议！

　　再过50亿年，太阳将变成红巨星，氦开始聚变生成碳。到那时，太阳的体积会剧增，可能把地球吞噬掉。在后面的演化阶段，碳还会聚变成更重的原子核。但是要注意，核子结合最紧密的原子核是铁，也就是说，放出能量的核反应，到铁这里就结束了，再反应就只能吸收能量了。在恒星演化的最后阶段，有可能吸收能量生成铁之后的元素，这是宇宙中产生这些重元素的唯一途径。也就是说，地球上的重元素必然是上一轮恒星演化的产物。我们都是恒星的孩子！

　　核聚变的途径

　　在太阳中心，氢可以在1500万度的高温和2000亿个大气压的高压下聚变成氦。而在地球上没有那么高的压强，要发生聚变，温度就只好更高，达到上亿度。有什么办法能达到这么苛刻的条件呢？

　　核裂变笑了：不要以为有了核聚变我就没用了，要达到核聚变的条件，还得看我！是的，原子弹是目前唯一可用的实现如此高温的方法。所以氢弹都是用原子弹引爆的，先用裂变达到聚变条件，再通过聚变放出更大的能量。原子弹的威力通常为几百至几万吨级TNT当量，氢弹的威力则可大至几千万吨级TNT当量。

　　人类用氢弹已经用得很溜了，《三体》里都能用它在水星上炸很多大坑，最后拯救人类。但是氢弹是不可控的聚变反应，你总不能用氢弹来发电吧。所以真正的挑战是和平的、可控的利用核聚变，俗称“人造太阳”。

　　可控核聚变直到现在都没成功，不过已经提出了几条思路。最大的困难是，拿什么容器来放核燃料？显然任何材料都hold不住上亿度的高温，得另外想辙。惯性约束是一条思路，把核燃料放在一个弹丸内部，用超强激光照射弹丸，瞬间达到高温，弹丸外壁蒸发掉，并把核燃料向内挤压。磁约束是另一条思路，把核燃料做成等离子体（原子核和电子分离，都可以自由流动），用超强磁场约束等离子体。

　　顺便说一句，有一个提法叫做“冷聚变”，号称在某种实验条件下，常温常压就能实现核聚变。冷聚变不时地吸引一群人过去研究一通，但从来没有得到过确定的结果。我对它的看法跟大多数人一样：大半是忽悠。不过还是持开放的态度吧。

　　“科大一环”KTX是国际最先进的反场箍缩磁约束聚变实验装置。反场箍缩是磁约束内部的一种方法，另一种跟它并列的磁约束方法是托卡马克。以前提到中国的核聚变研究，首先想到的是合肥等离子体所的托卡马克EAST，以后也会想到科大一环KTX了。中、美、俄目前各有16、28、5个核聚变装置，这玩意烧的就是钱，靠的就是大国雄心。

　　我对核聚变装置了解不多，而有一位cavan先生就此写了一篇非常生动而内容丰富的文章《科普一下核聚变，并探讨其前景》（http://bbs.tiexue.net/post2_7053663_1.html），有兴趣者不妨拜读。

　　可控核聚变什么时候能实现？有个笑话是“永远还需25年”。有人估计是2050年。不过这些全都是猜测，由于难度太大，无论任何时候能搞出来都是好的。我们在目前能做的，就是多试验，多投入。在条件允许的范围内，只问耕耘，不问收获。即使是失败的探索，也会获得经验教训，对将来是有益的。一旦成功，人类文明将脱胎换骨，直升神级文明。