Στη φυσική, και ιδίως στον κλάδο της φυσικής υψηλών ενεργειών, είναι πολύ συχνό φαινόμενο να μετριέται η μάζα υποατομικών σωματιδίων (όπως ηλεκτρόνια, πρωτόνια, μιόνια) σε μονάδες ενέργειας και όχι μάζας. Για παράδειγμα, η μάζα ηρεμίας ενός πρωτονίου λέμε πως είναι περίπου 1 GeV (1 δισεκατομμύριο eV^[1]). Αν και φαίνεται παράξενο σε πρώτη ανάγνωση, η παράβαση αυτή είναι στην πραγματικότητα απόλυτα επιτρεπτή από φυσικής άποψης, χάρη στη διάσημη σχέση της ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας που προτάθηκε για πρώτη φορά στις αρχές του 20ού αιώνα, από τον Αϊνστάιν: E = mc^{2 [2]}, όπου m η μάζα και c = 300.000 km/s η ταχύτητα του φωτός.

Η βασική ιδέα της ισοδυναμίας είναι απλή: αν έχουμε μια πολύ μικρή ποσότητα μάζας, αυτή ισοδυναμεί σε μια πολύ μεγάλη ποσότητα ενέργειας, c² φορές μεγαλύτερη για την ακρίβεια σύμφωνα με την παραπάνω σχέση. Αυτή είναι και η αρχή λειτουργίας της ραδιενεργής διάσπασης από την οποία παράγουν ενέργεια οι πυρηνικοί αντιδραστήρες^[3]. Ισχύει και το αντίστροφο όμως! Αν έχουμε μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας, υπάρχει η δυνατότητα να μετατραπεί σε μια πολύ μικρή ποσότητα μάζας^[4]. Επομένως, η μάζα και η ενέργεια φαίνεται να είναι εγγενώς συνδεδεμένες μεταξύ τους, τόσο που είναι συχνό να αναφερόμαστε σε αυτές ως τις δύο πλευρές του ίδιου νομίσματος. Αυτή ακριβώς η στενή σχέση είναι που καθιστά εφικτή την εναλλαγή των μονάδων από τη μία ποσότητα στην άλλη.

Καλά όλα αυτά, αλλά ακόμα και αν η σχέση ισοδυναμίας επιτρέπει να αντικαταστήσουμε τις μονάδες μάζας με αυτές ενέργειας, γιατί να το κάνουμε; Έχουμε κάτι να κερδίσουμε; Και αφού η σχέση λέει πως E = m c², δεν θα έπρεπε να μετράμε τη μάζα σε μονάδες eV/c² αντί για eV;

Ας απαντήσουμε στο τελευταίο ερώτημα πρώτα. Ο παράγοντας c² πρόκειται απλώς για μια σταθερά. Επομένως, τουλάχιστον σε ό,τι αφορά συγκρίσεις μαζών μεταξύ σωματιδίων, μπορούμε να την αγνοήσουμε (λίγο πιο συγκεκριμένα, κανονικοποιούμε τις ταχύτητες επιλέγοντας c = 1). Σε αυτή την περίπτωση, η σχέση ισοδυναμίας από E = mc², παίρνει την απλούστερη μορφή E = m. Φαίνεται τώρα καθαρά γιατί μπορούμε να πάρουμε τις μονάδες μάζας να είναι μονάδες ενέργειας.

Και τέλος, ο λόγος που προτιμάμε να μετράμε σε μονάδες ενέργειας αντί μάζας είναι μάλλον βαρετός: είναι απλώς πιο βολικό. Η μάζα ενός ηλεκτρονίου σε κιλά είναι προσεγγιστικά 9,11 × 10^-31 kg. Αντίστοιχα, η ίδια μάζα σε μονάδες ενέργειας είναι περίπου 511.000 eV, ή 511 keV, ή 0,5 MeV. Ως νούμερο, είναι σίγουρα κομψότερο από το προηγούμενο. Γίνεται φανερό λοιπόν, πως σε ότι αφορά τον υποατομικό κόσμο, η μέτρηση μάζας ως ενέργεια είναι απλώς πιο πρακτική. Όπως επίσης είναι πιο πρακτικό στην καθημερινότητά μας να λέμε πως κάποιος ζυγίζει 75 kg αντί για 4,21 × 10³⁷ eV!

1. Το 1 eV (electronvolt/ηλεκτρονιοβόλτ) είναι μονάδα ενέργειας που χρησιμοποιείται πολύ συχνά στη φυσική υψηλών ενεργειών. Αντιστοιχεί στην κινητική ενέργεια που αποκτά ένα ηλεκτρόνιο αν του εφαρμόσουμε πεδίο τάσης 1 βολτ.

2. Στην πραγματικότητα, η πλήρης σχέση είναι E² = (mc²)² + (pc)², όπου p είναι η ορμή του σώματος που αναφερόμαστε. Αν το σώμα έχει μηδενική ταχύτητα στο σύστημα αναφοράς μας, ο όρος (pc)² μηδενίζεται και καταλήγουμε στην γνωστή σχέση E = mc². Στην περίπτωση αυτή, η ποσότητα m ονομάζεται και “μάζα ηρεμίας”.

3. Το άρθρο του 2′ science αναφέρει επιπλέον τρόπους που μπορεί να γίνει αυτή η μετατροπή.

4. Βλέπε την περίπτωση της δίδυμης γένεσης.