Inhoud
E = mc squared is de meest bekende formule in de natuurkunde. Het wordt vaak de theorie van massa-energie-equivalentie genoemd. De meeste mensen weten dat Albert Einstein het heeft ontwikkeld, maar weinigen hebben enig idee wat het betekent. In wezen bedacht Einstein een relatie tussen materie en energie. Zijn genie realiseerde zich dat materie kan worden omgezet in energie en energie in materie.
Identificatie
De "E" in de formule staat voor energie, gemeten in eenheden die ergs worden genoemd. De "m" staat voor massa in gram. De "c" is de snelheid van het licht gemeten in centimeters per seconde. Wanneer de snelheid van het licht wordt vermenigvuldigd met zichzelf (kwadraat) en vervolgens wordt vermenigvuldigd met de massa, is het resultaat een zeer groot aantal. Het laat zien dat de opgeslagen energie zelfs in een kleine hoeveelheid massa enorm is.
Fusie
Een manier om de energie in massa vrij te maken, is door de atomen waaruit die massa bestaat samen te smelten. Dit gebeurt soms in de natuur. Binnen een ster kunnen bijvoorbeeld twee waterstofatomen met zo'n grote snelheid samen worden voortgestuwd dat de afzonderlijke protonen in hun kernen samen smelten om een heliumatoom met twee protonen te vormen. Het proces zet ongeveer 7 procent van de oorspronkelijke massa om in energie. Dit kan worden berekend met de formule E = mc in het kwadraat. Het proces heet kernfusie. We zien het in door mensen gemaakte apparaten zoals deeltjesversnellers en nucleaire bommen.
Fission
Een andere manier om de energie in massa vrij te maken is door atomen in die massa uit elkaar te laten komen. Dit komt ook van nature voor in de natuur. Uranium is bijvoorbeeld een radioactief element. Dat betekent dat het uit elkaar valt. Er zijn 92 protonen in zijn kern. Ze zijn allemaal positief geladen en proberen van elkaar weg te komen. Dit is vergelijkbaar met twee magneten met dezelfde polariteit die elkaar afstoten. Wanneer uraniumatomen protonen verliezen, worden ze andere elementen. Wanneer je het gewicht van de nieuwe kern optelt bij dat van de uitgeworpen protonen, is het resultaat iets lichter dan het oorspronkelijke uraniumatoom. De verloren massa wordt omgezet in energie. Daarom geven radioactieve elementen warmte en licht af. Dit wordt kernsplijting genoemd. De gecreëerde energie kan ook worden berekend met de formule E = mc in het kwadraat.
Materie en antimaterie
De protonen en elektronen waaruit het universum bestaat, hebben neven met een spiegelbeeld, antiprotonen en positronen genoemd; deze deeltjes hebben dezelfde massa maar tegengestelde elektrische lading. Interessant is dat wanneer een normaal deeltje in botsing komt met zijn antimateriële tweeling, ze elkaar teniet doen en al hun massa in energie veranderen. Vanwege E = mc in het kwadraat is de energieafgifte enorm. Gelukkig heeft ons universum heel weinig antimaterie, waardoor deze botsingen zeldzaam zijn.
Geschiedenis
De theorie van Einsteins bracht een revolutie teweeg in de manier waarop mensen het universum bekeken. Het sloot zich aan bij de noties van massa en energie, waarvan eerder werd gedacht dat ze volledig gescheiden waren. Einstein liet zien dat massa in energie kan worden omgezet en energie massa kan worden. We begrijpen nu meer over waarom de sterren schijnen, de aard van zwarte gaten en de creatie van het universum dankzij E = mc squared. De donkere kant van de formule is het gebruik ervan bij de ontwikkeling van kernwapens. In feite was het Einstein zelf die opriep tot de ontwikkeling van de eerste atoombom voordat Amerika's oorlogsvijanden konden.