Từ khối lượng có hai nghĩa trong thuyết tương đối hẹp : khối lượng bất biến [còn gọi là khối lượng nghỉ] là một đại lượng bất biến đối với tất cả các quan sát viên trong mọi hệ quy chiếu; trong khi khối lượng tương đối tính phụ thuộc vào vận tốc của người quan sát. Theo khái niệm tương đương khối lượng - năng lượng , khối lượng bất biến tương đương với năng lượng nghỉ , trong khi khối lượng tương đối tính tương đương với năng lượng tương đối tính [còn gọi là tổng năng lượng].
Thuật ngữ "khối lượng tương đối tính" có xu hướng không được sử dụng trong vật lý hạt và hạt nhân và thường bị các nhà văn viết về thuyết tương đối hẹp tránh, để đề cập đến năng lượng tương đối tính của vật thể. [1] Ngược lại, "khối lượng bất biến" thường được ưu tiên hơn năng lượng nghỉ. Quán tính có thể đo được và sự cong vênh trong không thời gian của một vật thể trong một hệ quy chiếu nhất định được xác định bởi khối lượng tương đối tính của nó, không chỉ đơn thuần là khối lượng bất biến của nó. Ví dụ, các photon có khối lượng nghỉ bằng không nhưng đóng góp vào quán tính [và trọng lượng trong trường hấp dẫn] của bất kỳ hệ nào chứa chúng.
Thuật ngữ khối lượng trong thuyết tương đối hẹp thường dùng để chỉ khối lượng nghỉ của vật thể, là khối lượng Newton được đo bởi một người quan sát chuyển động cùng với vật thể. Các khối lượng bất biến là một tên khác cho các khối lượng nghỉ của các hạt duy nhất. Khối lượng bất biến tổng quát hơn [được tính bằng một công thức phức tạp hơn] tương ứng một cách lỏng lẻo với "khối lượng nghỉ" của một "hệ thống". Do đó, khối lượng bất biến là một đơn vị khối lượng tự nhiên được sử dụng cho các hệ thống được nhìn từ tâm của khung động lượng [khung COM], như khi bất kỳ hệ thống kín nào [ví dụ một chai khí nóng] được cân, yêu cầu đo được lấy ở tâm của khung động lượng mà hệ thống không có động lượng thực. Trong những trường hợp như vậy, khối lượng bất biến bằng khối lượng tương đối tính [được thảo luận dưới đây], là tổng năng lượng của hệ chia cho c 2 [ bình phương tốc độ ánh sáng ].
Tuy nhiên, khái niệm khối lượng bất biến không yêu cầu các hệ thống ràng buộc của các hạt. Do đó, nó cũng có thể được áp dụng cho hệ thống các hạt không liên kết trong chuyển động tương đối tốc độ cao. Do đó, nó thường được sử dụng trong vật lý hạt cho các hệ thống bao gồm các hạt năng lượng cao được phân tách rộng rãi. Nếu các hệ như vậy được bắt nguồn từ một hạt đơn lẻ, thì việc tính toán khối lượng bất biến của các hệ đó, một đại lượng không bao giờ thay đổi, sẽ cung cấp khối lượng nghỉ của hạt mẹ [vì nó được bảo toàn theo thời gian].
Thường thuận tiện trong tính toán rằng khối lượng bất biến của hệ là tổng năng lượng của hệ [chia cho c 2 ] trong khung COM [trong đó, theo định nghĩa, động lượng của hệ bằng 0]. Tuy nhiên, vì khối lượng bất biến của bất kỳ hệ nào cũng là một đại lượng như nhau trong tất cả các khung quán tính, nên nó là đại lượng thường được tính từ tổng năng lượng trong khung COM, sau đó được sử dụng để tính năng lượng của hệ và mômen trong các khung khác mà mômen không bằng không, và tổng năng lượng của hệ thống nhất thiết phải là một đại lượng khác với trong khung COM. Cũng như năng lượng và động lượng, khối lượng bất biến của một hệ thống không thể bị phá hủy hoặc thay đổi, và do đó nó được bảo toàn, miễn là hệ thống không bị ảnh hưởng bởi mọi ảnh hưởng. [Thuật ngữ kỹ thuật là hệ thống cô lập có nghĩa là một ranh giới lý tưởng hóa được vẽ xung quanh hệ thống và không có khối lượng / năng lượng nào được phép vượt qua nó.]
Sự phụ thuộc giữa khối lượng nghỉ và E , được cho trong tọa độ 4 động lượng [ p 0 , p 1 ] , trong đó p 0 c = E