物质的一般形态和光子形态可以互相转化。例如，正反物质如果碰在一起，就会湮灭，全部转化为光子，物质由一般形态转化成为光子形态；反之，高频光与核碰撞可以产生电子对或质子对，说明光子形态可以转化为物质的一般形态。现在分析二者互换遵循的原则。

光在本征参照系中的频率为本征频率，速度为c。如果质量为m的物质全部转化为光子，按照动能公式，转化后光子的全部能量为

该公式称作光子的质能公式，它表示质量为m的光子态物质具有的能量，也表示质量为m的物质由一般形态转化为光子形态的原则。公式与狭义相对论质能关系式的内涵不同，相对论的质能关系式E=mc2，表示质量为m的物质全部转化为光子具有的能量，其光子没有质量表示总质量为m的若干光子具有的能量，其光子具有质量。另外，两个公式在数值上相差一倍。究其原因，是因为推导使用的动能公式不同，(5-26)式使用的动能公式是E狭义相对论使用的动能公式是E=mc2-m0c2。

(5-26)式否定了狭义相对论中质能转化的观点，那么，当正反物质湮灭时产生的光子能量从何而来?事实上，这个问题与狭义相对论质能转化的观点是同一个问题，完全可以认为所有一般形态的物质都具有的内能，当正反物质湮灭时内能就释放出来了。

若有若干光子相对于某一参照系的能量为E，相对速度为c。根据(5-26)式，这些光子的总质量为：

假设物体质量为m，相对于某参照系的速度为v，它相对于该参照系的动能为若该物体全部转化为光子形态，这些光子相对于该参照系的能量为

物质转化为光子是按照在本征参照系中，物体速度为零转化的原则进行。原来的动能同样表现为光子的动能。这时光子的速度比物质静止时产生的光子速度(C=c)大。(5-28)式与(5-24)式的结果相同，两式自洽，说明物质从一般形态转化为特殊形态时能量守恒。

如果物体质量为m，相对于某参照系A的动能是Ed。若m全部转化为光子形态，光子具有的全部能量为

在(5-29)式中，m转化为多少个光子呢?根据(5-29)式，前面第一项mc2表示物质m转化为光子后具有的能量，后一项表示物质原来具有的动能。这时转化为光子的数量为

(5-30)式说明，在所有参照系中光子数量都相同，或者说物质转化为光子，其光子数量与参照系无关。换言之，物质转化为光子的数量仅与其质量m有关，与m具有的动能无关。(www.daowen.com)

(5-29)式中物质动能Ed对产生的光子数量没有贡献，只对产生的光子动能有贡献。这些光子在参照系A中的速度为

与例一情况1中的子弹速度类似，光子速度增加对观察者而言，表现为频率增加，光子的总量不变。如果这些光子转化为物质的一般形态，则只能按照总光子数N具有的总质量Nμ转化，即

光子形态转化为物质的一般形态仅与光子数量有关，与参照系无关，即与光子具有的动能无关。光子形态转化为物质的一般形态时同样遵循质量守恒、能量守恒的原则。物质在转化为光子的过程中，势能的作用与动能相同。

根据上面的分析，光子的能量为物质的内能转化而来，则宇宙在运动演化中的总质量守恒、总能量守恒。

上述结论有着重要的物理意义和哲学意义。它与化学的“物质不灭定律”相容，说明物理和化学相容，也与哲学的唯物主义相容。

本章揭示了光子的宏观性质，主要是光子与时空的关系。光子的微观性质，则是量子物理的任务。

【注释】

[1]h是约化普朗克常量，后同。

[2]这一节的公式是采用厘米-克-秒高斯单位制。