질량과 에너지의 관계

일반적으로 화학반응에서 질량보존의 법칙이 성립된다고 배운다. 그러나 매우 정확하게 말한다면 질량보존의 법칙이 성립하지 않는다. 실제의 화학반응에서 질량의 결손이 발생하게 되는 것이다. 하지만 누구나 질량이 보존된다고 말한다. 그 이유는 반응 시 발생하는 질량의 결손량이 너무나 작아서 무시해도 될 만큼 작기 때문이다.

질량-에너지 보존법칙

1905년 특수상대성이론이 등장하자 질량의 개념에 근본적인 변혁이 일어났다. 질량이 절대성을 잃어버린 것이다. 물체의 질량은 에너지와 동등하고 상호변환하며 광속(3×108㎧)에 가까운 초고속에서는 그 크기가 상당히 증가한다는 것이 증명되었다. 물체의 총에너지는 고속에 의한 질량의 증가뿐만 아니라 정지 질량도 포함하는 것으로 이해되었다. 원자핵의 질량은 그것의 구성성분인 양성자와 중성자의 질량의 합보다 작게 측정됨이 발견되어 더이상 일정하거나 불변인 것이 아니었다. 화학반응과 핵반응에서 질량과 에너지 사이의 변환이 일어나 생성물은 일반적으로 반응물보다 크거나 작은 질량을 가진다. 보통의 화학반응에서는 이러한 질량의 차이가 너무 작아 질량보존의 법칙이 생성물의 질량을 예측하기 위한 실제적인 원리로 사용될 수 있다. 그러나 원자로, 입자가속기, 태양과 항성의 열핵반응과 관련된 경우에는 질량보존의 법칙이 성립하지 않는다. 새로운 보존법칙은 질량-에너지 보존법칙이다

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위의 법칙의 이론적 근거는 아인슈타인의 ‘특수 상대성이론’이다.

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