靜止質量與總能量

想想一根上緊的彈簧，對比一根既上緊又被擲過房間的彈簧。上緊的彈簧僅憑它本身就儲存了能量；被擲出的彈簧則在那儲存的能量之外，還多了飛行的能量。粒子也類似。它的靜止質量，是永久鎖在它內部的能量——即便它紋絲不動也具有的能量。它的總能量，則是那份能量再加上因運動而攜帶的額外能量。

靜止質量（常簡稱「質量」）是一個內稟的、不變的標籤：電子的約相當於 0.511 MeV 的能量，質子的約 938 MeV，無論粒子怎樣運動，這都絕不改變。總能量則相反，隨粒子加速而無上限地增長——它等於勞侖茲因子 gamma 乘以靜止能量。總能量與靜止能量之差就是動能，即純粹的運動能量。在大型強子對撞機裡，質子 938 MeV 的靜止能量，相形於它 700 萬 MeV 的總能量微不足道；其中幾乎全是動能。

把這些區分清楚能避免真正的混淆。現代物理把靜止質量當作那個固定不變的量，並把「質量」一詞專留給它；那種隨速度增長、與速度相關的「相對論質量」的舊觀念，已大體被棄用，因為它把記帳攪亂了。真正隨速度增長的是總能量與動量，而非質量。所以快速粒子並非「更重」；它只是攜帶了更多能量。靜止質量才是粒子真正的身份證，在每個實驗室、每個參考系裡都一樣。