Ein guter Freund hat mir eine einfache, aber sehr wichtige Frage gestellt. Seine Frage lautete:

„Hat sich Albert Einsteins berühmte Formel E=mc² geändert?!“

Ich habe beschlossen, die Antwort auf diese Frage in sehr einfacher Sprache mit euch zu teilen.

Albert Einsteins berühmte Formel E=mc² hat sich überhaupt nicht geändert, sondern bleibt eine der genauesten, bewährtesten und wichtigsten Gleichungen in der Physik, insbesondere in der modernen Physik oder, genauer gesagt, in der speziellen Relativitätstheorie. Der Grund, warum Sie jedoch vielleicht gehört haben, dass diese Formel „geändert“ wurde oder „unvollständig“ ist, liegt in der Art und Weise, wie diese Formel für bewegte Objekte angewendet wird.

Tatsächlich ist die Formel E=mc² lediglich eine zusammengefasste Version und ein Spezialfall einer viel größeren und umfassenderen Gleichung.

Schauen wir uns zunächst an, wie die vollständige Gleichung lautet. In Wahrheit funktioniert die Formel E=mc² nur für Objekte, die sich im Ruhezustand befinden, also ohne Bewegung. Wenn sich ein Objekt bewegt, besitzt es neben der Masse auch Bewegungsenergie oder „Impuls“ (Momentum). Einsteins vollständige und ursprüngliche Gleichung für die Energie sieht wie folgt aus:

E² = (pc)² + (mc²)²

In dieser Gleichung gilt:

Nun stellt sich die Frage, warum wir meistens nur E=mc² sehen.

Wenn ein Objekt an einer Stelle stillsteht, ist seine Geschwindigkeit null; folglich ist auch sein Impuls (p) null. Wenn wir p=0 in die obige Formel einsetzen, entfällt der Teil (pc)² vollständig und wir erhalten Folgendes:

E² = (mc²)²

Durch das Ziehen der Quadratwurzel auf beiden Seiten zur Vereinfachung erhält man die vertraute Gleichung E=mc². Diese Formel ist also keineswegs falsch, sondern zeigt lediglich die „Energie von Objekten im Ruhezustand“.

Nun müssen wir wissen, warum die vollständige Gleichung notwendig ist. Zum Beispiel bei Lichtteilchen.

Wenn wir uns nur auf E=mc² verlassen, geraten wir bei Photonen, also Lichtteilchen, in Schwierigkeiten. Photonen haben überhaupt keine Masse, das heißt m=0. Wenn wir in der vereinfachten Formel die Masse als null ansetzen, müsste die Energie des Lichts null sein, was bekanntlich nicht der Fall ist, da Licht Energie besitzt.

Wenn wir jedoch die vollständige Gleichung verwenden, ist das Geheimnis der Lichtenergie gelöst. Da Photonen keine Masse haben, wird der Teil (mc²)² zu null und die Gleichung sieht so aus:

E² = (pc)² => E = (pc)

Das bedeutet, dass Lichtteilchen, obwohl sie keine Masse haben, Energie besitzen, weil sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und einen Impuls (p) haben.

In der Vergangenheit (Mitte des 20. Jahrhunderts) erfanden einige Physiker ein Konzept namens „relativistische Masse“, um dieselbe einfache Formel E=mc² auch für bewegte Objekte verwenden zu können. Sie sagten, dass die Masse eines Objekts zunimmt, wenn es sich schneller bewegt.

In der modernen Physik wurde dieses Konzept jedoch verworfen. Die Physiker erkannten, dass die Annahme einer variablen Masse zu Verwirrung führt. Heute wird die „Masse“ als ein konstanter, intrinsischer Wert (Ruhemasse) betrachtet, und zur Berechnung der Energie bewegter Objekte wird anstelle der Annahme, dass das Objekt schwerer wird, dieselbe vollständige Gleichung mit dem Impuls verwendet. Diese Veränderung in der „Physikliteratur und -lehre“ könnte in den Massenmedien den falschen Eindruck erweckt haben, dass Physiker Einsteins Formel geändert hätten.

Einsteins Entdeckung wurde keineswegs widerlegt. Um eine höhere Genauigkeit zu erreichen, stützt sich die Physik anstelle des zusammengefassten Ruhezustands (E=mc²) lediglich auf die vollständige Originalgleichung, nämlich E² = (pc)²+ (mc²)², um das Verhalten aller Teilchen im Universum erklären zu können, egal ob sie ruhen, sich bewegen oder masselos sind.