相对论是狭义相对论和广义相对论的总称，其中狭义相对论描述了时空的相对性和电磁现象的一致性，而广义相对论则将引力力学升级为时空的弯曲，这两个理论在解释“为什么e=mc2”问题上都至关重要。
狭义相对论认为，光速在任何惯性参考系下都是不变的，并且将时空看做一个四维的统一体，即时空间隔。在这个时空间隔中，事件的先后顺序可能和不同参考系下的观察者看到的不一致。同时，质量和能量也被认为是等价的，即质量是能量的一种形式，这就是著名的质能方程E=mc2。
质量和能量的等价性可以通过狭义相对论的公式推导出来。在相对论中，质量和速度之间有一个叫做洛伦兹因子的关系，它的公式为：
γ=1/√(1-v²/c²)
其中，v是运动物体的速度，c是光速。同时，相对论中定义的动能公式为
K=γmc²-mc²
通过上述两个公式，将动能和质量相等，即K=mc²，并将K带入洛伦兹因子的公式中，即可推导出E=mc²。
普朗克常量h在相对论中也扮演了重要角色。根据量子力学中的不确定性原理，有一个被称为能量-时间不确定性关系的公式：
ΔEΔt≥h/2π
该公式描述了在短时间内，粒子在确定位置范围内的能量的波动程度。将E=mc²带入该公式中，可以解释为什么核裂变可以引发如此大的爆炸，因为裂变后的质量减少，能量变为自由的夸克和胶子，释放出了大量的能量。
另外，“c²”的重要性也不容忽视。在E=mc²中，c²表示光速的平方，它是一个非常大的常数。这就解释了为什么即使质量的变化很小，能量也会变得非常大。例如，仅仅1克质量的物质被转化为能量后，能产生高达9×10¹⁶焦耳的能量，相当于一个小核弹的爆炸能量。
质能转化理论的实际应用非常广泛。除了核能和核武器的开发，它还被运用在许多领域，如医学、能源、材料科学等。
在医学领域，PET扫描技术就是基于相对论的质能转换理论。PET扫描可以通过注射一个带有放射性标记的药物，观察它在身体内的分布情况，并根据分布情况得出身体器官的代谢状态。而放射性标记的原理，就是利用放射性核素的质量欠稳定性，进行质能转化发出探针光子的。
另外，核聚合也是质能装换理论的一个应用，通过核反应得到热能，最终转化为电能，可以成为一个干净的能源来源。
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