Hmota a energia navzájom súvisia
----------------------
Začiatkom 20. storočia vládla vo svete fyziky myšlienka, že svet je veľký mechanický stroj, ktorý sa riadi Newtonovými zákonmi. Fyzici mali pocit, že už poznajú väčšinu základných zákonov a že na vysvetlenie všetkých javov stačí len tieto (známe) zákony aplikovať. Väčšina fyzikov si myslela, že už stačí objastniť len pár nejasností a všetky fyzikálne deje budeme poznať ... V tom sa na scéne objavil 26 ročný génius so svojou Špeciálnou teóriou relativity. Túto teóriu vytvoril práve pri skúmaní jednej nejasnosti ohľadom nesúladu Newtonových zákonov s teóriou svetla. To, čo objavil, však nebola len kozmetická úprava známych zákonov - vytvoril úplne nový pohľad na veličiny čas a priestor. Ako prvý takisto zaviedol pojem časopriestor.
----------------------
Nečakaný vzťah medzi hmotou a energiou zaviedol nemecký geniálny fyzik Albert Einstein. Pred 100 rokmi zverejnil tri práce, ktoré významne prispeli k nášmu poznaniu vesmíru aj atómovej štruktúry hmoty. V jednej z prác teoreticky popísal tzv. Brownov pohyb, v ďalšej sa venoval fotoelektrickému javu.
Najväčší rozruch však vzbudila takzvaná špeciálna teória relativity, teda revolučný opis vzťahu priestoru a času. Predpovedala, že hmota a energia sú vo vzájomnom vzťahu. Einstein tvrdil, že táto rovnica je nevyhnuteľným dôsledkom matematických rovníc potrebných v rámci špeciálnej teórie relativity k vysvetleniu toho, že svetlo sa neustále šíri rovnakou rýchlosťou.
Z teórie vyplývajú viaceré pozoruhodné javy - napríklad, že čas a priestor závisia od rýchlosti pozorovateľa. To znamená, že za istých okolností dochádza k spomaľovaniu času, skracovaniu dĺžok a narastaniu hmotnosti. Ak by ste leteli rýchlosťou svetla, čas by vám ubiehal pomalšie. No rýchlosťou svetla letieť nemôžete, keďže podľa Einsteinovej špeciálnej teórie relativity ju môžu dosiahnuť len objekty s nulovou pokojovou hmotnosťou, napríklad fotóny. V tých časoch to znelo nepredstaviteľne.

- s teóriou relativity súvisí aj preslávená rovnica: E = mc2
- tá uvádza, že energia E sa vždy rovná hmotnosti telesa m vynásobenej konštantou, druhou mocninou rýchlosti svetla.

Tieto matematické vzťahy však predpovedajú niečo omnoho pozoruhodnejšieho: že sa totiž hmotnosť bude zvetšovať, zpočiatku pomaly, ale neustále rýchlejšie, tak ako sa rýchlosť čohokoľvek bude viac a viac blížiť rýchlosti svetla. Pre väčšinu z nás sú to veľmi ťažko pochopiteľné myšlienky. Žiadna zo skúseností nášho každodenného žovota totiž nenaznačuje, že hmotnosť predmetu by mala nejakým spôsobom súvisieť so svetlom. Je samozrejme, že sa nestretávame s objektami, ktoré sa pohybujú rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla, takže ťažko budeme schopní posúdiť správnosť Einsteinovej teórie relativity. Ale v urýchľovači častíc sa prúdy elektrónov, používané k bombardovaniu terčíkov, blížia na svojej dráhe k bodu kolízie rýchlosťou velmi blízkou rýchlosti svetla, pričom sa zistilo, že pri zrýchľovaní sa meratelne zvyšuje ich hmotnosť. Tieto výsledky získané z pozorovania javov v urýchľovači opäť raz potvrdili správnosť Einsteinovej mimoriadne zdanlivo klamlivej intuície. Poskytli dôkaz o tom, že hmota a energia sú navzájom zameniteľné.

Ide v ňom o dva dôležité fyzikálne koncepty - o energiu a jej vzťah k hmote. V princípe môžeme získať energiu z hmoty.
Revolučným prvkom Einsteinovej teórie bolo tvrdenie, že energia sa v princípe nelíši od hmoty. Na základe toho sa dá energia transformovať na hmotu a hmota na energiu. Na princípe premeny hmoty na energiu dnes fungujú jadrové elektrárne a tiež jadrové bomby.
-----------------------------------

Hmota

Hmotu (staršie pomenovanie matéria) môžeme charakterizovať ako atribút substancie a entít prejavujúci sa pokojovou hmotnosťou alebo silovým poľom. Zjednodušene povedané ide o súhrnný názov pre látku a pole. V širšom zmysle hmota zahŕňa aj antihmotu. Hmota tvorí jedinú podstatu vesmíru, ale pritom sa vyskytuje v nekonečne mnohých kvalitatívne rozdielnych formách. V niektorých prípadoch sa pole (a teda ani fotón a pod.) za hmotu nepovažuje. Podľa teórie relativity nie je žiadny rozdiel medzi hmotou a energiou, pretože hmota sa môže zmeniť na energiu a naopak.
Ako vznik hmoty sa uvádza Veľký tresk, pri ktorom sa uvoľnili veľké množstvá energie a vznikol expandujúci štvorrozmerný časopriestor. Vďaka týmto obrovským množstvám energie vznikli veľké množstvá tesne na seba natlačených elementárnych častíc.

Hmota sa môže vyskytovať v rôznych skupenstavách, skupenstvá hmoty:
- pevné
- kvapalné
- plynné
- plazma
- Boseho-Einsteinov kondenzát
- fermiónový kondenzát (Deborah Jin, 2003)
Pričom podľa novšej definície už pojmy pevné a kvapalné neexistujú, ale sa rozlišuje skupenstvo „kryštalické“ a „amorfné“.
Prechodmi hmoty z jedného skupenstva na druhé, teda fázovou premenou sa zaoberá termodynamika.

Hmota má niekoľko dôležitých vlastností:
- hmotnosť
- objem
- štruktúra
- látkové množstvo
- vnútorná tepelná energia