E=mc2

Einstein hade många funderingar kring dopplereffekten. Bland annat gjorde Einstein ett tankeexperiment med solen och en astronaut.

Ett tankeexperiment
Om en astronaut på jorden tittar på solen så ser astronauten hur solen sänder ut lika stora mängder ljus i alla riktningar, solen sänder ut en viss mängd ljusenergi. Om samma astronaut flög förbi solen med hög hastighet skulle astronauten se solljuset ändra färg p g a dopplereffekten. Medan astronauten närmar sig solen kommer den att se "blå" ut, när astronauten sedan är på väg bort från solen kommer den att se "röd" ut ("Blått" ljus är energirikare än "rött" ljus.).

Om man räknar på hur mycket ljusenergi solen sänder ut genom att räkna ut medelvärdet av det blåförskjutna och rödförskjutna ljusets enegiinnehåll, så får man ett helt annat värde än det värde på solens ljusenergi när astronauten står på jorden.

Men om nu solen avger energi snabbare då astronauten rör sig, varifrån kommer då denna extra energi? Den enda möjliga källan är den rörelseenergi (den energi som får solen att röra sig) som solen har i jämförelse med astronauten. Det enklaste sättet på vilket något i rörelse kan avge energi är genom att sakta farten. Men eftersom astronauten har en jämn fart, så kan inte solen ändra sin fart ("bromsa in") utan att solens placering ändras i förhållande till astronauten. Om det hade varit så skulle astronauten ha sett att solen gjorde en "inbromsning". Det enda kvarvarande alternativet till att något i rörelse kan avge energi är att massan minskar.

Detta tankeexperiment gjorde att Einstein kom fram till att all ljusenergi som avges av solen minskar dess massa. Med andra ord kan materia omvandlas till energi. Detta gav även en förklaring varför solen kan ha en så stor energiutstrålning.

Astronomer har mätt upp solens ljusstyrka och med hjälp av Einsteins teori räknat ut att solen massa minskar med fyra miljoner ton per sekund. Men denna massa försvinner inte från universum, även det ljus som solen slungar ut i alla riktningar har nämligen tyngd, dvs energi kan omvandlas till materia.

Einstein visade att massa och energi är två olika sidor av samma sak. Detta samband gjorde att han kom fram till den berömda formeln:

E = m c2

E = energi (enhet: joule, J)
m = massa (enhet: kilogram, kg)
c = ljusets hastighet, 300 000 000 m/s (enhet: meter per sekund, m/s)

I och med att Einstein säger att materia är en form av energi blev självklart många intresserade av hur man kunde "få fram" energi ur materia.

Smådelarna i atomerna hålls samman av mycket stora kärnkrafter. Dessa krafter kan frigöras, och på det sättet kan man få tillgång till enorma mängder energi. Einstein förklarade att man skulle kunna frigöra kärnkrafter genom att klyva atomkärnor.

Under slutet av 1930-talet och i början 1940-talet lyckades andra vetenskapsmän reda på vilka atomkärnor som var mest lämpliga att klyva och hur man skulle kunna genomföra själva klyvningarna. De fann att isotoperna (isotop = ett grundämne där antalet neutroner i atomkärnan kan variera) uran-235 och plutonium-239 är lätta att klyva och att de går att klyva med neutroner.

I början av 1940-talet var forskarna mest inriktade på att hitta militära användningar för den nya upptäckten, eftersom det andra världskriget fortfarande höll på, vilket gjorde att atombomben uppfanns. I augusti 1945 fällde USA fällde atombomber över Hiroshima och Nagasaki.

Ett räkneexempel:
En sockerbit väger 3 gram. Hur mycket energi skulle man få från sockerbiten om den helt och hållet kunde omvandlas till energi? Använd Einsteins formel. Svar: