E=mc2 , numită și echivalența masă-energie, este unul dintre lucrurile pentru care Einstein este cel mai cunoscut. Este o ecuație celebră în fizică și matematică care arată ce se întâmplă atunci când masa se transformă în energie sau energia se transformă în masă. "E" din ecuație reprezintă energia. Energia este un număr pe care îl dai obiectelor în funcție de cât de mult pot schimba alte lucruri. De exemplu, o cărămidă care atârnă deasupra unui ou poate să pună suficientă energie asupra oului pentru a-l sparge, dar nu și o pană.
Există trei forme de bază ale energiei: energia potențială, energia cinetică și energia de repaus. Două dintre aceste forme de energie pot fi observate în exemplele de mai sus și în exemplul unui pendul.

O ghiulea atârnă de o frânghie de un inel de fier. Un cal trage ghiuleaua spre partea dreaptă. Când ghiuleaua este eliberată, se va mișca înainte și înapoi, așa cum este ilustrat în diagramă. Ar face acest lucru la nesfârșit, doar că mișcarea frânghiei în inel și frecarea în alte locuri cauzează frecare, iar frecarea ia tot timpul puțină energie. Dacă ignorăm pierderile datorate frecării, atunci energia furnizată de cal este dată ghiulelei ca energie potențială. (Pe măsură ce ghiuleaua se mișcă în jos, ea capătă din ce în ce mai multă viteză, astfel încât, cu cât se apropie mai mult de fund, cu atât se mișcă mai repede și cu atât mai tare te-ar lovi dacă ai sta în fața ei. Apoi încetinește, deoarece energia sa cinetică se transformă din nou în energie potențială. "Energie cinetică" înseamnă doar energia pe care o are un obiect pentru că se află în mișcare. "Energie potențială" înseamnă doar energia pe care o are un lucru pentru că se află într-o poziție mai înaltă decât altceva.
Atunci când energia trece de la o formă la alta, cantitatea de energie rămâne întotdeauna aceeași. Aceasta nu poate fi produsă sau distrusă. Această regulă se numește "legea conservării energiei". De exemplu, atunci când aruncați o minge, energia este transferată de la mâna dvs. la minge atunci când o eliberați. Dar energia care se afla în mâna ta și energia care se află acum în minge este același număr. Pentru o lungă perioadă de timp, oamenii au crezut că nu se poate vorbi decât despre conservarea energiei.
Atunci când energia se transformă în masă, cantitatea de energie nu rămâne aceeași. Atunci când masa se transformă în energie, cantitatea de energie nu rămâne aceeași. Cu toate acestea, cantitatea de materie și de energie rămâne aceeași. Energia se transformă în masă și masa se transformă în energie într-un mod definit de ecuația lui Einstein, E = mc2 .
"m" din ecuația lui Einstein reprezintă masa. Masa reprezintă cantitatea de materie care se află într-un corp. Dacă ați cunoaște numărul de protoni și neutroni dintr-o bucată de materie, cum ar fi o cărămidă, ați putea calcula masa totală a acesteia ca sumă a maselor tuturor protonilor și neutronilor. (Electronii sunt atât de mici încât sunt aproape neglijabili.) Masele se trag unele pe altele, iar o masă foarte mare, cum ar fi cea a Pământului, trage foarte tare asupra lucrurilor din apropiere. Ai cântări mult mai mult pe Jupiter decât pe Pământ, deoarece Jupiter este foarte mare. Pe Lună ați cântări mult mai puțin, deoarece aceasta are doar o șesime din masa Pământului. Greutatea este legată de masa cărămizii (sau a persoanei) și de masa a ceea ce o trage în jos pe o balanță cu arc - care poate fi mai mică decât cea mai mică lună din sistemul solar sau mai mare decât Soarele.
Masa, nu greutatea, poate fi transformată în energie. Un alt mod de a exprima această idee este de a spune că materia poate fi transformată în energie. Unitățile de masă sunt utilizate pentru a măsura cantitatea de materie din ceva. Masa sau cantitatea de materie din ceva determină cantitatea de energie în care acel lucru poate fi transformat.
De asemenea, energia poate fi transformată în masă. Dacă ați împinge un cărucior pentru copii la pas lent și ați găsi că este ușor de împins, dar dacă l-ați împinge la pas rapid și ați găsi că este mai greu de mișcat, atunci v-ați întreba ce este în neregulă cu căruciorul pentru copii. Apoi, dacă ați încerca să alergați și ați constata că deplasarea căruciorului la orice viteză mai mare este ca și cum ați împinge împotriva unui zid de cărămidă, ați fi foarte surprinși. Adevărul este că, atunci când ceva este mișcat, masa sa crește. În mod normal, oamenii nu observă această creștere a masei, deoarece la viteza cu care se deplasează oamenii în mod obișnuit, creșterea masei este aproape nulă.
Pe măsură ce vitezele se apropie de viteza luminii, este imposibil să nu se observe schimbările de masă. Experiența de bază pe care o împărtășim cu toții în viața de zi cu zi este că, cu cât împingem mai tare ceva, cum ar fi o mașină, cu atât mai repede o putem face să meargă. Dar atunci când ceva pe care îl împingem merge deja cu o mare parte din viteza luminii, observăm că acesta continuă să câștige masă, astfel încât devine din ce în ce mai greu să îl facem să meargă mai repede. Este imposibil să faci ca orice masă să atingă viteza luminii, deoarece pentru a face acest lucru ar fi nevoie de energie infinită.
Uneori, o masă se transformă în energie. Exemple comune de elemente care fac aceste schimbări pe care le numim radioactivitate sunt radiul și uraniul. Un atom de uraniu poate pierde o particulă alfa (nucleul atomic al heliului) și poate deveni un nou element cu un nucleu mai ușor. Atunci, acel atom va emite doi electroni, dar nu va fi încă stabil. Acesta va emite o serie de particule alfa și electroni până când va deveni în cele din urmă elementul Pb sau ceea ce noi numim plumb. Aruncând toate aceste particule care au masă, el și-a micșorat propria masă. De asemenea, a produs energie.
În majoritatea cazurilor de radioactivitate, întreaga masă a unui obiect nu se transformă în energie. Într-o bombă atomică, uraniul este transformat în cripton și bariu. Există o mică diferență între masa criptonului și a bariului rezultate și masa uraniului inițial, dar energia eliberată prin această transformare este uriașă. Un mod de a exprima această idee este de a scrie ecuația lui Einstein sub forma:
E = (muraniu - mkripton și bariu) c 2
C2 din ecuație reprezintă viteza luminii la pătrat. A ridica ceva la pătrat înseamnă a-l înmulți cu el însuși, astfel încât, dacă ar fi să ridicăm viteza luminii la pătrat, aceasta ar fi 299.792.458 de metri pe secundă, înmulțită cu 299.792.458 de metri pe secundă, ceea ce înseamnă aproximativ
(3-108 )2 = (9-1016 metri2 )/secunde2 =
90.000.000.000.000.000.000 metri2 /secunde2
Astfel, energia produsă de un kilogram ar fi:
E = 1 kg - 90.000.000.000.000.000.000 de metri2 /secunde2
E = 90.000.000.000.000.000.000 de metri de kg2 /secunde2
sau E = 90
.000.000.000.000.000.000
de jouli
sau
E = 90.000 terajoule
Aproximativ 60 de terajouli au fost eliberați de bomba atomică care a explodat deasupra Hiroshimei. Așadar, aproximativ două treimi dintr-un gram din masa radioactivă din acea bombă atomică trebuie să se fi pierdut (transformat în energie), atunci când uraniul s-a transformat în kripton și bariu.