Закон взаимосвязи массы и энергии
Найдем кинетическую энергию релятивистской частицы. Раньше было показано, что приращение кинетической энергии материальной точки на элементарном перемещении равно работе силы на этом перемещении (Т - Кинетическая энергия)
(40.1)
Учитывая, что dr = v dt, и подставив в (40.1) выражение (39.2), получаем
Преобразовав данное выражение с учетом того, что vdv = vdv, и формулы (39.1), придем к выражению
(40.2)
т. е. приращение кинетической энергии частицы пропорционально приращению ее массы.
Так как кинетическая энергия покоящейся частицы равна нулю, а ее масса равна массе покоя m0, то, проинтегрировав (40.2), получим
(40.3)
или кинетическая энергия релятивистской частицы имеет вид
(40.4)
Выражение (40.4) при скоростях v«c переходит в классическое:
(разлагая в ряд 
при v<<c, правомерно пренебречь членами второго порядка малости).
А. Эйнштейн обобщил положение (40.2), предположив, что оно справедливо не только для кинетической энергии частицы, но и для полной энергии, а именно любое изменение массы Dm сопровождается изменением полной энергии частицы,
(40.5)
Отсюда А. Эйнштейн пришел к универсальной зависимости между полной энергией тела Е и его массой т:
(40.6)
Уравнение (40.6), равно как и (40.5), выражает фундаментальный закон природы —закон взаимосвязи (пропорциональности) массы и энергии: полная энергия системы равна произведению ее массы на квадрат скорости света в вакууме. Отметим, что в полную энергию Е не входит потенциальная энергия тела во внешнем силовом поле.
Закон (40.6) можно, учитывая выражение (40.3), записать в виде
-полная эн частицы
откуда следует, что покоящееся тело (T=0) также обладает энергией
называемой энергией покоя. В классической механике энергия покоя Е0 не учитывается, считая, что при v=0 энергия покоящегося тела равна нулю.
В силу однородности времени в релятивистской механике, как и в классической, выполняется закон сохранения энергии: полная энергия замкнутой системы сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени.
Из формул (40.6) и (39.4) найдем релятивистское соотношение между полной энергией и импульсом частицы:
(40.7)
Возвращаясь к уравнению (40.6), отметим еще раз, что оно имеет универсальный характер. Оно применимо ко воем формам энергии, т. е. можно утверждать, что с энергией, какой бы формы она ни была, связана масса
(40.8)
и, наоборот, со всякой массой связана энергия (40.6).
Чтобы охарактеризовать прочность связи и устойчивость системы каких-либо частиц (например, атомного ядра как системы из протонов и нейтронов), вводят понятие энергии связи. Энергия связи системы равна работе, которую необходимо затратить, чтобы разложить эту систему на составные части (например, атомное ядро — на протоны и нейтроны). Энергия связи системы
(40.9)
где m0i — масса покоя i-й частицы в свободном состоянии; М0 — масса покоя системы, состоящей из п частиц.
Закон взаимосвязи (пропорциональности) массы и энергии блестяще подтвержден экспериментом о выделении энергии при протекании ядерных реакций. Он широко используется для расчета энергетических эффектов при ядерных реакциях и превращениях элементарных частиц.
Рассматривая выводы специальной теории относительности, видим, что она, как, впрочем, и любые крупные открытия, потребовала пересмотра многих установившихся и ставших привычными представлений. Масса тела не остается постоянной величиной, а зависит от скорости тела; длина тел и длительность событий не являются абсолютными величинами, а носят относительный характер; наконец, масса и энергия оказались связанными друг с другом, хотя они и являются качественно различными свойствами материи.
Основной вывод теории относительности сводится к тому, что пространство и время органически взаимосвязаны и образуют единую форму существования материи — пространство-время. Только поэтому пространственно-временной интервал между двумя событиями является абсолютным, в то время как пространственные и временные промежутки между этими событиями относительны. Следовательно, вытекающие из преобразований Лоренца следствия являются выражением объективно существующих пространственно-временных соотношений движущейся материи.