E=mc2, auch Masse-Energie-Äquivalenz genannt, ist eines der Dinge, für die Einstein am berühmtesten ist. Es ist eine berühmte Gleichung in Physik und Mathematik, die zeigt, was passiert, wenn Masse sich in Energie oder Energie sich in Masse ändert. Das "E" in der Gleichung steht für Energie. Energie ist eine Zahl, die man Objekten in Abhängigkeit davon gibt, wie sehr sie andere Dinge verändern können. Zum Beispiel kann ein Ziegelstein, der über einem Ei hängt, genug Energie auf das Ei übertragen, um es aufzubrechen. Eine Feder, die über einem Ei hängt, hat nicht genug Energie, um das Ei zu verletzen.
Es gibt drei grundlegende Formen von Energie: potentielle Energie, kinetische Energie und Ruheenergie. Zwei dieser Energieformen sind in den oben angeführten Beispielen und am Beispiel eines Pendels zu sehen.

Eine Kanonenkugel hängt an einem Seil an einem Eisenring. Ein Pferd zieht die Kanonenkugel auf die rechte Seite. Wenn die Kanonenkugel losgelassen wird, bewegt sie sich vor und zurück, wie in der Abbildung dargestellt. Das würde sie für immer tun, außer dass die Bewegung des Seils im Ring und das Reiben an anderen Stellen Reibung verursacht, und die Reibung nimmt die ganze Zeit ein wenig Energie weg. Wenn wir die Reibungsverluste ignorieren, dann wird die vom Pferd bereitgestellte Energie der Kanonenkugel als potenzielle Energie zugeführt. (Sie hat Energie, weil sie hoch oben ist und herunterfallen kann.) Wenn die Kanonenkugel nach unten schwingt, gewinnt sie immer mehr an Geschwindigkeit, so dass sie, je näher sie dem Boden kommt, umso schneller wird und umso härter trifft sie Sie, wenn Sie vor ihr stehen. Dann wird sie langsamer, da ihre kinetische Energie wieder in potenzielle Energie umgewandelt wird. "Kinetische Energie" bedeutet nur die Energie, die etwas hat, weil es sich bewegt. "Potenzielle Energie" bedeutet nur die Energie, die etwas hat, weil es sich in einer höheren Position befindet als etwas anderes.
Wenn Energie von einer Form in eine andere übergeht, bleibt die Energiemenge immer gleich. Sie kann nicht erzeugt oder zerstört werden. Diese Regel wird als der "Erhaltungssatz der Energie" bezeichnet. Wenn Sie zum Beispiel einen Ball werfen, wird die Energie von Ihrer Hand auf den Ball übertragen, wenn Sie ihn loslassen. Aber die Energie, die in Ihrer Hand war, und jetzt die Energie, die im Ball ist, ist die gleiche Zahl. Lange Zeit glaubten die Menschen, die Energieerhaltung sei alles, worüber man sprechen könne.
Wenn sich Energie in Masse umwandelt, bleibt die Energiemenge nicht gleich. Wenn sich Masse in Energie umwandelt, bleibt auch die Energiemenge nicht gleich. Die Menge an Materie und Energie bleibt jedoch gleich. Energie verwandelt sich in Masse, und Masse verwandelt sich in Energie auf eine Weise, die durch die Einsteinsche Gleichung E = mc2 definiert ist.
Das "m" in Einsteins Gleichung steht für Masse. Masse ist die Menge an Materie, die in einem Körper vorhanden ist. Wenn Sie die Anzahl der Protonen und Neutronen in einem Stück Materie wie einem Ziegelstein kennen würden, dann könnten Sie seine Gesamtmasse als Summe der Massen aller Protonen und aller Neutronen berechnen. (Elektronen sind so klein, dass sie fast vernachlässigbar sind.) Massen ziehen aneinander, und eine sehr große Masse wie die der Erde zieht sehr stark an Dingen in der Nähe. Sie würden auf dem Jupiter viel mehr wiegen als auf der Erde, weil Jupiter so riesig ist. Auf dem Mond würde man viel weniger wiegen, weil er nur etwa ein Sechstel der Masse der Erde ausmacht. Das Gewicht bezieht sich auf die Masse des Ziegels (oder der Person) und die Masse dessen, was ihn auf einer Federwaage nach unten zieht - die kleiner als der kleinste Mond im Sonnensystem oder größer als die Sonne sein kann.
Masse, nicht Gewicht, kann in Energie umgewandelt werden. Eine andere Art, diese Idee auszudrücken, ist zu sagen, dass Materie in Energie umgewandelt werden kann. Masseeinheiten werden verwendet, um die Menge der Materie in etwas zu messen. Die Masse oder die Menge der Materie in etwas bestimmt, wie viel Energie dieses Ding in Energie umgewandelt werden kann.
Energie kann auch in Masse umgewandelt werden. Wenn Sie einen Kinderwagen im langsamen Schritt schieben und es leicht finden, ihn zu schieben, ihn aber im schnellen Schritt schieben und es Ihnen schwerer fällt, sich zu bewegen, dann würden Sie sich fragen, was mit dem Kinderwagen los ist. Wenn Sie dann versuchen würden zu rennen und feststellen würden, dass das Bewegen des Kinderwagens mit einer höheren Geschwindigkeit dem Schieben gegen eine Ziegelwand gleicht, dann wären Sie sehr überrascht. Die Wahrheit ist, dass wenn etwas bewegt wird, dann erhöht sich seine Masse. Menschen bemerken diese Massenzunahme normalerweise nicht, weil sie bei der Geschwindigkeit, mit der sie sich normalerweise bewegen, die Massenzunahme fast nicht bemerken.
Wenn sich die Geschwindigkeiten der Lichtgeschwindigkeit annähern, wird es unmöglich, die Veränderungen der Masse nicht zu bemerken. Die Grunderfahrung, die wir alle im täglichen Leben machen, lautet: Je stärker wir etwas wie ein Auto schieben, desto schneller können wir es in Bewegung setzen. Aber wenn etwas, das wir schieben, bereits mit einem großen Teil der Lichtgeschwindigkeit fährt, stellen wir fest, dass es immer mehr Masse gewinnt, so dass es immer schwieriger und schwieriger wird, es schneller zu bewegen. Es ist unmöglich, irgendeine Masse mit Lichtgeschwindigkeit in Bewegung zu bringen, denn dazu wäre unendlich viel Energie nötig.
Manchmal verwandelt sich eine Masse in Energie. Häufige Beispiele für Elemente, die diese Veränderungen bewirken und die wir Radioaktivität nennen, sind Radium und Uran. Ein Uranatom kann ein Alphateilchen (den Atomkern von Helium) verlieren und zu einem neuen Element mit einem leichteren Kern werden. Dann gibt dieses Atom zwei Elektronen ab, aber es ist noch nicht stabil. Es wird eine Reihe von Alphateilchen und Elektronen abgeben, bis es schließlich zum Element Pb oder dem, was wir Blei nennen, wird. Indem es all diese Teilchen, die Masse haben, hinausgeworfen hat, hat es seine eigene Masse verkleinert. Es hat auch Energie erzeugt.
Bei der meisten Radioaktivität wird nicht die gesamte Masse von etwas in Energie umgewandelt. In einer Atombombe wird Uran in Krypton und Barium umgewandelt. Es gibt einen kleinen Unterschied in der Masse des entstehenden Kryptons und Bariums und der Masse des ursprünglichen Urans, aber die Energie, die durch die Umwandlung freigesetzt wird, ist enorm. Eine Möglichkeit, diese Idee auszudrücken, besteht darin, die Einsteinsche Gleichung wie folgt zu schreiben:
E = (Muranium - mkrypton und Barium) c2
Das c2 in der Gleichung steht für die Lichtgeschwindigkeit im Quadrat. Etwas zu quadrieren bedeutet, es mit sich selbst zu multiplizieren. Würde man also die Lichtgeschwindigkeit quadrieren, so würde sie 299.792.458 Meter pro Sekunde betragen, mal 299.792.458 Meter pro Sekunde, was ungefähr
(3-108)2 = (9-1016 Meter2)/Sekunde2=90
.000.000.000.000.000.000 Meter2/Sekunde2 wäre, also
die um ein Kilogramm erzeugte Energie:
E = 1 kg - 90.000.000.000.000.000.000.000 Meter2/Sekunde2E
= 90.000.000.000.000.000.000 kg Meter2/Sekunde2oderE
= 90.000.000.000.000.000.000.000 Jouleoder
E = 90.000 Terajoule
Etwa 60 Terajoule wurden durch die Atombombe freigesetzt, die über Hiroshima explodierte. Also müssen etwa zwei Drittel eines Gramm der radioaktiven Masse dieser Atombombe verloren gegangen sein (in Energie umgewandelt), als sich das Uran in Krypton und Barium verwandelte.