전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하거나 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 것은 모두 에너지를 발생시키는 것이 아닌 우리가 옷을 바꿔 입듯이 에너지의 형태만 변환되는 것이다.
그러면 인간이 사용하는 모든 에너지는 어디서 얻는 것일까?
이것은 놀랍게도 아인슈타인이 만든 대표적인 수식인 질량과 에너지에 대한 관계식인 E = mc^2 에 의한 것이다.
(아인슈타인)
이 수식은 그 단순함 때문에 모든 사람이 좋아하는 수식일 것이다.
그러나 우리들이 얻는 모든 에너지는 이 수식에 의해서 발생된다는 것을 이해하는 사람은 만지 않다.
우리의 신체는 C + 2O ==> CO2 또는 O + 2H ==> H2O 등과 같이 산화되면서 발생되는 에너지를 이용하여 생명현상을 유지한다.
이때 발생되는 열은 위 화학식의 양변의 질량의 차이, 즉 질량의 감소분 만큼 에너지로 변환되고, 이때 일반적으로 약 10-8 %의 질량이 감소되어 에너지로 변환된다고 한다.
이것이 우리 몸이 음식을 받아들여서 열과 힘을 발생시키는 원리이다.
모든 생명체는 이와 같은 화학변환 과정에서 발생되는 에너지로 생명작용을 한다.
그래서 동물은 숨을 쉬어서 산소를 공급받아야 생명활동을 할 수 있는 것이다.
이와 관련하여, 우라늄(U)의 핵분열에서는 약 0.1%의 질량감소가 일어난다.
또한, 수소(H)가 헬륨(He)으로 변환되는 핵융합에서는 약 0.7%의 질량감소가 발생하여 이것이 열(에너지)로 발생된다.
(핵융합)
우주에서 가장 효율이 좋은, 즉 질량감소가 많이 발생하는 반응은 핵융합 반응이다.
따라서, 태양도 가장 경제적인 이 핵융합에 의해서 계속 타오르고 있다.
핵융합은 원자번호가 작은 원소인 수소(H)가 더 높은 헬륨(He)으로 변환되는 것이고, 핵분열은 우라늄(U)이 원자번호가 더 작은 원자로 변환되는 반응이다.
즉, 원자 번호가 작은 수소에서는 핵융합이 일어나고 원자번호가 큰 경우 핵융합이 일어난다.
그렇다면, 어떤 원자를 중심으로 낮은 쪽에서는 핵융합이 일어나고 더 높으면 핵분열이 일어난다고 추측할 수 있다.
이 추측은 정확한 것이며 철(Fe)을 기준으로 철보다 원자번호가 작으면 핵융합이, 이것보다 원자번호가 크면 핵분열이 일어난다.
이는 아래와 같이, 원자량에 대한 핵자당질량 감소로 나타난다.
