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爱因斯坦意识到如果空间和时间能被统一成一个叫做时空的统一体，那么物质和能量可能也能被辩证地统一起来。他推理道，在相对论中如果尺子收缩，时钟变慢，那么我们用尺子和时钟测暈的每样东西也将必定发生变化。然而，在物理学家的实验室里，几乎每样东西都要通过尺子和钟表来测量。这意味着，物理学家必须重新校验他们原来想当然认为是常量的所有实验室物理量。

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特别是能量，它是一个依赖于我们测量的长度和时间间隔的物理量。一辆飞速前进的试验汽车猛然冲向砖墙，显然它具有能量。然而如果飞速行进的汽车速度接近光速，它的性能就产生了畸变。它像手风琴一样收缩，它里面的钟表也走得慢了下来。更重要的是，爱因斯坦发现汽车的质量随着其速度的提高而增大。但是这些多余的质量来自何处呢？爱因斯坦的结论是，它来源于能量。

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这就出现了一些使人不安的后果。19世纪物理学的伟大发现中包含有质量守恒和能量守恒两大成果。它们的意思就是：在一个封闭系统中的总质量和总能量各自存在，它们都不会发生变化。例如，如果超速行驶的汽车撞到砖墙上的话，汽车的能量不会消失，而是转化成了撞击的声能、飞出去砖块的动能以及热能等等。总能量（以及总质量）在撞击前后保持不变。

然而，爱因斯坦现在却说汽车的能量可以转化成质量，这是一种新的守恒原理，即质量和能量的总和必须永远保持不变。物质不会突然消失，能量也不会凭空产生。在这一点上，“造神派”是错误的，而列宁是正确的。物质消失以释放巨额能暈为代价，反之亦然。

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爱因斯坦26岁时，就精确地计算出能量必定怎样变化，而且发现了关系式E=mc2，这种计算以相对论原理正确无误为基础。因为光速的平方（即C平方）是一个巨大的天文数字，所以少量物质就能释放出巨大能量。封锁在最小的物质粒子中的能量，超过了一次化学爆炸所释放能量的100万倍。在某种意义上，物质可以看作一种几乎用之不竭的能量储存室，即物质是一种浓缩的能量。

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从那时起，物质和能量的概念就被当作为一个整体－－质能。当然，爱因斯坦关于第四维的工作的直接影响是氢弹，氢弹已被证明是20世纪科学的威力最大的产物。