التبادل بين الكتلة والطاقة

تنص النظرية الذرية على أن نواة الذرة تتكون من عدد معين من البروتونات الموجبة يصاحبها عدد محدد من النيترونات المعتدلة ويزداد عدد البروتونات بازدياد الوزن الذري للمادة وتحوي نواة ذرة الهيدروجين وهو أخف العناصر على بروتون واحد في حين تحوي نواة ذرة اليورانيوم وهو أثقل العناصر الموجودة في الطبيعة على 92 بروتون.



كذلك فإن أبعاد النواة صغيرة جداً والبروتونات الداخلة في تركيبها تكون قريبة جداً من بعضها البعض ويفرض قانون كولون في التجاذب والتنافر الكهربائي نشوء قوى تنافر كهربائي هائلة بين البروتونات قد تسبب في انفلاق النواة وتناثر بروتوناتها ولكن شيئا من هذا القبيل لم يحدث ويرجع عدم حدوثه لوجود طاقة كبيرة تدعى طاقة الربط تربط أجزاء النواة بعضها ببعض وتمانع انفلاقها ويمكن قياس هذه الطاقة بالاعتماد على المفاهيم النسبية في التعادل بين الطاقة والمادة.



وفي عام 1932 قام العالمان كوكرفت وولطن Cockcroft & Walton بالتجربة التالية: قذفت نواة الليثيوم ببروتون سريع (نواة الهيدروجين) ونتج عن الاصطدام انشطار نواة الليثيوم إلى نواتي هليوم انطلقتا بسرعة كبيرة والتفاعل النووي المعبر عن الظاهرة هو:

إلا أن مجموع كتل الطرف الثاني كما تحسب في الميكانيكا الكلاسيكي هو أصغر من مجموع كتل الطرف الأول ويخالف ما تقدم قانون حفظ الكتلة.



ولكن إذا أدخلنا في الحسبان الكتلة المتحركة للبروتون والكتلة المتحركة لنواتي الهليوم وحولنا الطاقة الناشئة إلى كتلة تحقق عندها قانون حفظ الكتلة.



وحققت هذه التجربة نبوءة إنشتاين في التعادل بين الطاقة والمادة وكانت فاتحة عهد جديد في إمكانية الاستفادة من المادة بتحويلها إلى طاقة.



وما القنبلة الذرية والقنبلة الهيدروجينية وما رافقهما من إمكانية الاستفادة من الطاقة النووية للأغراض السلمية والحربية إلا تحقيقاً للتعادل بين الطاقة والمادة.