愛因斯坦著名的方程式E=mc^2，它告訴我們質(zhì)量和能量是等價的。也就是說，一個物體的質(zhì)量就是它所包含的能量除以光速的平方。這個方程式在核物理中非常重要，因為它解釋了為什么核反應可以釋放出巨大的能量。當原子核分裂或聚變時，它們的質(zhì)量會發(fā)生變化，而這個質(zhì)量差就轉(zhuǎn)化為了能量。
但是，這個方程式并不能解釋原子核內(nèi)部發(fā)生了什么。為了從微觀上理解核反應釋放的能量，我們需要一種更精細的理論，叫作量子色動力學(QCD)。QCD是一種量子場論，它使用了量子力學和相對論的原理來描述夸克和膠子之間的相互作用�？淇耸菢嫵少|(zhì)子和中子等強子的基本粒子，膠子是傳遞強相互作用的無質(zhì)量粒子。
夸克和膠子之間的強相互作用有一個特殊的性質(zhì)，就是它們都具有一種叫作色荷或者色量子數(shù)的屬性。色荷分為紅、綠、藍三種基本顏色，以及它們對應的反顏色。每一種夸克都有三種顏色之一，而每一種膠子都有兩種顏色或者反顏色之一。當夸克和膠子交換時，它們會同時改變自己攜帶的顏色。例如，一個紅色上夸克和一個紅-反藍膠子交換后，會變成一個藍色上夸克和一個藍-反紅膠子。膠子可以自己發(fā)射或吸收其他膠子，這使得強相互作用非常復雜。
QCD還有另一個很特別的性質(zhì)，叫作禁閉。禁閉意味著單個的夸克或膠子永遠不能被觀察到，它們只能以無色（或白色）的組合形式存在。例如，一個質(zhì)子由兩個上夸克和一個下夸克組成，它們分別帶有紅色、綠色和藍色的色荷，這樣加起來就是白色。另一種無色組合是由一個夸克和一個反夸克組成的介子，它們帶有相反的色荷，例如紅-反紅。這就意味著夸克和膠子必須緊密地組合在一起，才能在宏觀上被觀察到。
說到這里，你可能會問，質(zhì)能方程和量子色動力學有什么關系呢？答案是，它們之間有一個非常深刻的聯(lián)系，那就是大部分的質(zhì)量其實來自于能量。我們平時所說的質(zhì)量，其實并不是由夸克或其他基本粒子的本征質(zhì)量決定的，而是由它們之間的強相互作用產(chǎn)生的能量決定的。這個能量就是QCD結(jié)合能，也就是膠子能量和夸克運動能量的總和。根據(jù)質(zhì)能方程，這些能量可以轉(zhuǎn)化為等效的質(zhì)量，而這些質(zhì)量又可以加起來得到強子的總質(zhì)量。
讓我們來看一個具體的例子。一個質(zhì)子由兩個上夸克和一個下夸克組成，它們的本征質(zhì)量分別是約2.3 MeV/c2和4.8 MeV/c2。如果我們把這三個夸克的本征質(zhì)量加起來，我們得到約9.4 MeV/c2。但是，這個數(shù)字遠遠小于質(zhì)子的實際質(zhì)量，約938.3 MeV/c2。那么，剩下的928.9 MeV/c2從哪里來呢？它們就是QCD結(jié)合能，也就是膠子能量和夸克運動能量。換句話說，質(zhì)子的99%以上的質(zhì)量都來自于強相互作用產(chǎn)生的能量。
同樣地，一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成，它們的本征質(zhì)量加起來約11.9 MeV/c2，而中子的實際質(zhì)量約939.6 MeV/c2。所以，中子也有99%以上的質(zhì)量來自于QCD結(jié)合能�？紤]到原子核主要由質(zhì)子和中子組成，而原子核又占據(jù)了原子幾乎所有的質(zhì)量，我們可以說普通物質(zhì)（重子物質(zhì)）幾乎所有的質(zhì)量都來自于強相互作用產(chǎn)生的能量。
這就是QCD給我們揭示的奇妙現(xiàn)象：我們所熟悉的物理世界中最基本的屬性之一——質(zhì)量——其實并不是固定不變的，而是可以由不同形式的能量轉(zhuǎn)化而來。這也說明了為什么核反應可以釋放出如此巨大的能量：當原子核分裂或聚變時，它們會改變自己內(nèi)部夸克和膠子之間的結(jié)構和相互作用方式，從而改變自己內(nèi)部QCD結(jié)合能。這些結(jié)合能的變化就會轉(zhuǎn)化為釋放出去或吸收進來的能量。
核裂變的一個例子是鈾-235的裂變。當一個中子撞擊一個鈾-235原子核時，它會被吸收，形成一個不穩(wěn)定的鈾-236原子核。這個原子核會立即分裂成兩個輕原子核，例如鋇-141和氪-92，同時釋放出三個中子和大約200 MeV的能量。這些中子又可以引發(fā)其他鈾-235原子核的裂變，形成一個鏈式反應。這就是原子彈和核電站中發(fā)生的反應。
核聚變的一個例子是氘-氚的聚變。當一個氘原子核和一個氚原子核相撞時，它們會結(jié)合成一個氦-4原子核，同時釋放出一個中子和大約17.6 MeV的能量。
總之，量子色動力學揭示了物質(zhì)內(nèi)部最微觀層面上的奧秘。它告訴我們，質(zhì)量其實是一種能量形式，強相互作用是造成物質(zhì)質(zhì)量的主要來源，而強相互作用又可以通過核反應來改變。
