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Äquivalenz von Masse und Energie

E=mc²

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Basiswissen · Wofür stehen die Formelzeichen? · Was bedeutet die Formel? · Masse aus Energie · Energie aus Masse: Sonnenbrennen · Energie aus Masse: Radioaktivität · Energie aus Masse: Atombombe · Fußnoten


Basiswissen


Diese Formel gibt an, wie viel Energie man aus einer Masse m gewinnen könnte, wenn die Masse vollständig in Energie umgewandelt wird. In der Relativitätstheorie steht der Ausdruck für die Ruhenergie. Bei Kernumwandlungen spricht man vom Massendefizit.

Wofür stehen die Formelzeichen?


  • Das E steht für Energie, zum Beispiel in Joule oder Kilowattstunden.
  • Das m steht für Masse, zum Beispiel in Gramm, Kilogramm oder Tonnen.
  • Das c steht für die Lichtgeschwindigkeit, etwa 300000 Kilometer pro Sekunde.

Was bedeutet die Formel?


  • Sie besagt, dass Masse und Energie ineinander umgewandelt werden können.
  • Und sie sagt, wie viel Energie man aus wieviel Masse erhält (und umgekehrt).

Masse aus Energie


  • Ja, sehr viele, die Formel ist gut bestätigt.
  • Wenn man schnelle Protonen aufeinander prallen lässt, entstehen Bruchstücke.
  • Die Masse alle Bruchstücke addiert gibt mehr als die Masse der beiden Protonen.
  • Hier wurde kinetische Energie (Geschwindigkeit) in Masse umgewandelt.[2]

Energie aus Masse: Sonnenbrennen


  • Im Kern der Sonne wird ständig Wasserstoff zu Helium fusioniert.
  • Dabei werden große Energiemengen - die Sonnenenergie - erzeugt.
  • Gleichzeitig verliert die Sonne dabei 4 Millionen Tonne Masse pro Sekunde.

Energie aus Masse: Radioaktivität


  • Bei radioaktiven Prozesse wird Energie frei, meist als Bewegungsenergie.
  • Gleichzeitig geht dabei Masse der beteiligten Teilchen verloren.

Energie aus Masse: Atombombe


  • Ja, jede Atombombenexplosion, jeder radioaktive Zerfall

Fußnoten


  • [1] Eine frühe Betrachtung von der Wandlung (Transmutation) von zum Beispiel Licht in Materie findet sich in Newtons Buch über die Optik: "Are not gross Bodies and Light convertible into one another, and may not Bodies receive much of their Activity from the Particles of Light which enter their Composition? For all fix'd Bodies being heated emit Light so long as they continue sufficiently hot, and Light mutually stops in Bodies as often as its Rays strike upon their Parts, as we shew'd above." Newton beschreibt dann verschiedene "Transmutationen", etwa von Wasserdampf in Eis, von festen Körpern in gasartige Substanzen und derlei mehr. Am Ende stellt er noch einmal die Frage: "And among such various and strange Transmutations, why may not Nature change Bodies into Light, and Light into Bodies?" In: Isaac Newton: OPTICKS: OR, A TREATISE OF THE Reflections, Refractions, Inflections and Colours OF LIGHT. 1730. Dort die "Query 30" auf Seite 375.
  • [2] "When protons collide, part of their energy is converted into mass, creating showers of new particles". Dass die kinetische Energie von schnellen Protonen in Masse neuer Teilchen umgewandelt werden kann, betrachtet der folgende Artikel über den LHC am CERN bei Genf: E. Gibney: Large Hadron Collider starts doing science again. Nature (2015). Online: https://doi.org/10.1038/nature.2015.17659