能量守恒定律的实验验证

焦耳热功当量实验是早期确认能量守恒的有名实验。在保持总能量不变的前提下，固有能量、动能、势能之间可以相互转化。最典型的例子就是在正电子和负电子湮没成光子的过程中，正负电子的全部固有能量（对应于静止质量）转化成了光子能量即电磁辐射能（相应的质量为光子的动质量）。又如在原子核裂变过程中，部分固有能量转化为动能。一个有多种成分组成的复合系统，其整体的固有能量（或静质量）是各组成部分的固有能量（或静质量）与相互作用势能的总和。例如，稳定原子核的静质量要比构成它的核子（质子和中子）的静质量之和为小，两者之差称为质量亏损，与之相应的能量就是原子核的结合能（来自核子之间的相互作用势能）；核能就是原子核反应过程中释放出来的原子核结合能，它是质能关系的直接证据。
能量守恒定律和动量（角动量）守恒定律成功应用的最典型事例是基本粒子实验中中微子的发现。中微子是一种静止质量微小、不带电且与物质相互作用极其微弱的基本粒子。20世纪20年代末30年代初，对原子核β衰变能谱的研究发现衰变后发射出的电子（即β射线）带走的能量比它按能量守恒定律所应带走的能量要小（似乎丢失了部分能量），而且原子核的自旋与电子的自旋不符合量子力学中的角动量合成规则。为了解释这种现象，要么放弃能量和角动量守恒定律，要么假定有一种未能观测到的基本粒子即中微子存在，以便保持这些守恒定律成立。物理学家最终选择了后者，并且利用其他的基本粒子实验证实了中微子（和反中微子）的存在，能量守恒定律和动量（角动量）守恒定律在这些过程中仍然有效。
上述狭义相对论能量、质量、动量的概念和定义，以及能量守恒定律和动量（角动量）守恒定律，或者更一般的能量–动量守恒定律（角动量守恒包含在其中），不仅适用于力学现象，而且适用于整个平直时空中的物理学 。