Einstein 1905 yılında yazdığı makaleyle özel göreliliği fiziğe kazandırmıştı. Bu kuramın en ünlü sonuçlarından biri kütle ile enerjinin eşdeğerliğiydi: E = mc2. Einstein’a kadar bir cismin kütlesi sadece o cisimdeki madde miktarının ölçüsü olarak görülüyordu. 1905’ten sonra kütle cismin enerji içeriğinin de ölçüsü olmuştur. Hareketsiz halde duran bir cisim, bir kütle enerjisine sahiptir. Bu denklemdeki c, iki kavramı (enerji ve kütle) birleştiren evrensel ışık hızı sabitidir, ki ışığın hiçbir rol oynamadığı süreçlere bile dahildir artık.

Günlük hayatta neden algılayamıyoruz?

Peki, gündelik hayatta kütle ile enerji arasındaki bu eşdeğerliği neden algılayamıyoruz? Çünkü ışık hızı çok yüksek bir değerdedir (saniyede 300 bin km). Küçük bir kum tanesi bile kütlesinde devasa boyutlarda enerji içerdiği halde bu enerji gizlidir, kum tanesinin atomlarının içindeki çekirdekte saklıdır. Örneğin evlerimizdeki ampuller enerji saçarlar ve dolayısıyla kütle kaybederler. Ancak ışık hızının karesi o kadar büyüktür ki, ampul binlerce yıl yansa bile kütle kaybı çok çok küçük miktarlarda kalır. Diğer bir deyişle, günlük hayatımızdan bir nesnenin kütle enerjisi o kadar büyüktür ki o nesneyi hızlandırarak veya ısıtarak yaratabileceğimiz enerji farkı, bu nesnenin kütle enerjisine kıyasla çok küçük kalır.

Einstein’ın özel görelilik kuramının en önemli sonuçlarından biri kütle ile enerjinin eşdeğerliliğiydi.Nükleer santrallerde kütleden enerji elde edilir. Örneğin uranyum atomlarındaki çekirdekler nötronlarla bombardıman edildiğinde bozunarak iki parçaya ayrılırlar. Bu iki parçanın kütlelerinin toplamı, başlangıçtaki çekirdeğin kütlesinden daha azdır. Aradaki fark nükleer enerjidir ve ısı enerjisi halinde kullanılır, örneğin elektrik üretmek için türbinleri döndürmeye yarar. Bu sürece fisyon (yani parçalanma) denir. Diğer bir nükleer enerji biçimi füzyondur (birleşme). Örneğin Güneş bir füzyon merkezidir. Hafif elementler birleşerek daha ağır elementleri ortaya çıkarır. Bu süreçte yine enerji elde edilir, dolayısıyla güneşimiz parlar.

Tersine, enerjinin kütleye dönüştüğü durumlar da vardır. Parçacık hızlandırıcılarında ışık hızına yakın hızlara çıkarılmış parçacıklar çarpıştırıldığında, kendilerinden daha büyük kütleli parçacıklar üretebilirler. Eğer bu olguyu gündelik hayatta görebilseydik, iki bisikletin çarpışmasından büyük otobüslerin çıkmasına şahit olmamız gerekirdi. Ancak bunu gözlemlemiyoruz çünkü bisikletler ancak çok düşük hızlarda çarpışıyorlar.

CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısında (LHC) protonlar çok büyük kinetik enerji kazandırılarak çarpıştırılır. Bir parçacığın momentumu, dalga boyu ile ters orantılıdır. Parçacık hızlandırıcıları, bir parçacığın momentumunu artırmak, dolayısıyla dalga boyunu azaltmak için kullanılır. Dalga boyu ne kadar küçük olursa, hedef hakkında o kadar çok bilgi edinilebilir. Hızlandırıcıda çarpıştırılan parçacıklar kazandıkları kinetik enerji ile yeni parçacıklar oluştururlar. Bu sayede ağır kararsız parçacık yaratılabilir ve özellikleri incelenebilir, parçacık bozunum ürünleri incelenerek bunlardan parçacıkların varlığı anlaşılabilir.