Äquivalenz von Masse und Energie

Die Äquivalenz von Masse und Energie ist ein 1905 von Albert Einstein im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie entdecktes Naturgesetz. Es besagt in heutiger Formulierung, dass die Masse ${\displaystyle m}$ und die Ruheenergie ${\displaystyle E}$ eines Objekts zueinander proportional sind:

${\displaystyle E=mc^{2}}$

Hierbei ist ${\displaystyle c}$ die Lichtgeschwindigkeit. Um zu verdeutlichen, dass die Energie im Ruhesystem gemeint ist, schreibt man alternativ auch ${\displaystyle E_{0}=mc^{2}}$. Damit ist die Masse eines zusammengesetzten Objekts nicht die Summe der Massen seiner Bestandteile, vielmehr trägt auch seine innere Energie (Bewegung der Bestandteile, potenzielle Energie, …) zur Masse bei. Die Änderung der inneren Energie eines Systems bedeutet daher auch eine Änderung seiner Masse.

Durch den großen konstanten Umrechnungsfaktor ${\displaystyle c^{2}}$ gehen Energieumsätze, wie sie im Alltag typisch sind, mit nur kleinen, kaum messbaren Änderungen der Masse einher. In der Kernphysik, der Elementarteilchenphysik und der Astrophysik tritt die Äquivalenz von Masse und Energie weit stärker in Erscheinung. Die Masse von Atomkernen ist aufgrund der bei ihrer Entstehung freigesetzten Bindungsenergie um knapp ein Prozent kleiner als die Summe der Massen ihrer ungebundenen Kernbausteine. Diese Differenz wird „Massendefekt“ genannt. Bei der Annihilation eines Elektrons mit einem Positron wird sogar meist die gesamte in den Massen der Teilchen steckende Energie in elektromagnetische Strahlung umgewandelt.

Die Gültigkeit der Äquivalenz von Masse und Energie ist experimentell in vielen Tests der relativistischen Energie-Impuls-Beziehung überprüft und mit hoher Genauigkeit bestätigt worden.

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