物理系统总是倾向于达到最低能量状态，但在此过程中会通过不同反应释放能量。这些反应的效率差异巨大：生物体的有氧呼吸和常规化学燃烧的质能转换效率极低；核裂变效率大幅提升，达到 0.08%；太阳等恒星使用的核聚变效率更高，约为 0.7%，被视为清洁能源的理想目标。然而，最极致的能量释放形式是物质与反物质湮灭，它能将质量 100% 转化为能量。
系统会自发地趋向于最低能量状态。一个系统在达到最终的平衡状态（即最低能量和最大熵）之前，能够通过各种反应持续释放能量。
生物与化学反应：低效的能量转换
我们身体内的生物化学反应和日常生活中的燃烧都属于低效的能量释放方式。虽然它们对生命和工业至关重要，但其质能转换的比例非常微小。
有氧呼吸: 生物体分解糖分获取能量的过程。
- 每摩尔糖释放 2.88 兆焦耳能量。
- 质能转换效率仅为 0.0000000094%。
化学燃烧: 例如 TNT 炸药爆炸或化石燃料燃烧。
- TNT 每公斤可释放 14.5 兆焦耳能量。
- 效率约为 0.000000016%。
- 即使是最高效的化学燃料，如液氢/液氧火箭燃料，其效率也仅比此高约10倍。
核反应：能量的巨大飞跃
核反应通过改变原子核的结构来释放能量，其效率远超任何化学反应，实现了能量量级的巨大飞跃。
核裂变
核裂变通过将重原子核（如铀-235）分裂成较轻的原子核来释放能量，是当前核电站和早期核武器的技术基础。
- 每公斤铀-235 可释放 72 万亿焦耳 的能量。
- 质能转换效率约为 0.08%。
核聚变
核聚变是将轻原子核（如氢）融合成更重的原子核（如氦）的过程，这是太阳和恒星的能量来源。
- 每公斤氢燃料可释放 630 万亿焦耳 的能量。
- 质能转换效率达到 0.7%。
- 因其巨大的能量输出和相对清洁的特性，核聚变被视为人类未来清洁能源的 “圣杯”。
物质-反物质湮灭：100% 的终极效率
最彻底、最有效的能量释放方式是物质与它的反物质对应物相遇时发生的湮灭。
- 完美的能量转换: 在此过程中，物质和反物质的全部质量都将根据爱因斯坦的质能方程
E = mc²完全转化为能量。 - 100% 效率: 这是已知的最理想的能量来源，因为它的质能转换效率是 100%，没有任何质量损失。