رابطه‌ی هم‌ارزی جرم و انرژی (E=mc^2) که آلبرت اینشتین در سال ۱۹۰۵ برای اولین بار آن را ارائه داد، احتمالا مشهورترین معادله‌ی علمی تا به امروز باشد.
طبق این رابطه، هنگامی که یک جسم ساکن است و هیچ حرکتی نمی‌کند، دارای نوعی انرژی به نام انرژی حالت سکون است. در واقع این رابطه بیان می‌دارد که جرم و انرژی، هر دو جنبه‌های مختلف یک پدیده هستند که می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند. اگر فرض کنیم یک شخص با وزن ۷۰ کیلوگرم به روشی فرضی تماما به انرژی تبدیل شود، انرژی که از چنین تبدیل حاصل می‌شود، حدود ۶۳۰۰۰۰۰ ترا ژول خواهد بود. چنین انرژی، ۱۵ هزار برابر انرژی شهاب سنگی است که با برخورد با زمین، منجر به انقراض دایناسورها شد. همچنین این انرژی، معادل انرژی صد هزار بمب اتمی‌ست که در هیروشیما علیه ژاپن استفاده شد. اما من در اینجا قصد دارم به اشتباه رایجی که در رابطه با توضیح انرژی هسته‌ای صورت می‌گیرد، بپردازم. وزن اورانیوم غنی شده که در بمب اتمی پسر کوچک (هیروشیما) مورد استفاده قرار گرفت، حدود ۶۴ کیلوگرم بود و اگر قرار بود، براساس رابطه‌ی هم‌ارزی جرم و انرژی، این مقدار اورانیوم به انرژی تبدیل شود، بایستی حیات روی کره‌ی زمین به کلی نابود می‌شد.
پس واکنش‌های هسته‌ای اساسا تبدیل اورانیوم به انرژی نیست.
برای درک واکنش‌های هسته‌ای، فرض کنید یک الکترون و یک پروتون و یک نوترون به صورت مجزا و کاملا جدا از یکدیگر داریم. زمانی که این پروتون و الکترون و نوترون را به یکدیگر نزدیک می‌کنیم، مشاهده می‌کنیم که بلافاصله یک اتم دوتریوم (هیدروژن سنگین) تشکیل می‌شود و تعدادی فوتون نور نیز آزاد می‌گردد. هنگامی که جرم اتم دوتریوم را اندازه‌گیری می‌کنیم، می‌بینیم که جرم یک دوتریوم از مجموع جرم یک پروتون و یک نوترون و یک الکترون کمتر است.
اما چه اتفاقی برای این مقدار جرم افتاده است که این اختلاف مشاهده می‌شود؟
اینجاست که هم‌ارزی جرم و انرژی خود را نشان می‌دهد. این جرم گم نشده بلکه تبدیل به انرژی شده است. در واقع اگر به هسته‌ی یک اتم میزان مشخصی انرژی بدهیم، می‌توانیم آن را بشکافیم و پروتون‌ها و نوترون‌ها را از یکدیگر جدا کنیم. همچنین اگر همان تعداد پروتون و نوترون را به یکدیگر نزدیک کنیم، آن اتم تشکیل شده و همان مقدار انرژی آزاد می‌شود. به این انرژی، انرژی بستگی هسته گفته می‌شود. اما جالب اینجاست که نسبت این انرژی به جرم یک اتم، برای اتم‌ها متفاوت است. این نسبت برای اتم سنگینی مثل اورانیوم عدد بسیار کوچکی است. اما برای اتمی مثل آهن عدد بزرگی‌ست. ما می‌توانیم به اتم اورانیوم مقداری انرژی بدهیم و آن را به تعدادی پروتون و نوترون بشکنیم. سپس این پروتون‌ها و نوترون‌ها را دوباره به یکدیگر پیوند دهیم و اتم آهن را بسازیم که در این حالت مقداری انرژی آزاد می‌شود. اما مقدار انرژی که در این حالت آزاد می‌شود، از مقدار انرژی که برای شکستن اورانیوم موردنیاز بود بیشتر است.
این اخلاف همان انرژی هسته‌ای است و این فرآیند شکافت هسته‌ای یا fission نام دارد.
– ابا اباد
به عصر اتم خوش آمدید!