Wenn Energie relativ ist

Einstein hat mit der Relativitätstheorie dargestellt, dass Materie gleich Energie ist. Heraus kam die berühmte Formel e =mc^2. Demnach stehen Masse und Energie in einem definierten Verhältnis. Aus Masse läßt sich folglich Energie und aus Energie Masse erzeugen. Beide Vorgänge sind durch Experimente belegt.

Was aber genau ist diese geheimnisvolle Energie?

Einfach ausgedrückt wird Masse in elektromagnetische Strahlung umgewandelt. Im Gegensatz zur lokalen Masse, die sich auf engstem Raum aufhält, breitet sich die elektromagnetische Welle (relativistisch gesehen) im gesamten verfügbaren Raum aus. Man könnte auch sagen, es entstehen hochenergetische Photonen, die die gleiche Bewegt-Masse haben wie die ursprüngliche Materie.

In der klassischen Physik ist Energie gleich zu setzen mit Arbeit. Um eine bestimmte Arbeit zu verrichten, wird eine Energiemenge benötigt. Hebt man beispeilsweise einen Körper von 1kg gegen die Schwerkraft auf der Erde um 10 Meter an, so ergibt sich eine Arbeit von 1kg * 9,81m/s^2 * 10 Meter. Ausmultipliziert sind das 98,1*(m/s)^2. Es fällt auf, dass diese Formel genau der Einsteinschen Masseformel gleicht.

Deutlicher wird das in dieser Darstellung.

Wo genau befindet sich die Energie aber, wenn der Körper 10 Meter höher liegt? –

Diese Energie ist als potentielle Energie quasi gespeichert. Wird der Körper wieder auf das ursprüngliche Niveau gebracht, so wird die potentielle Energie frei und kann verwendet werden.

Ein schönes Beispiel dafür ist eine Radtour. Wenn Sie mit dem Rad einen Berg hochfahren, müssen Sie sich anstrengen und führen sich selbst und dem Rad Energie zu. Bergab wird diese Energie wieder frei, - Sie können das Rad rollen lassen. Die potentielle Energie treibt es an.

Man kann dieses Phänomen aber auch mit der Relativitätstheorie erklären. Für einen Betrachter, der sich auf gleicher Höhe mit dem 10 Meter höheren Gewicht befindet,

hat das Kilo, was sich 10m unter ihm befindet eine um 98,1 Joule geringere (Gesamt)Energie. Also die Energie der Materie selbst 9*10^16 Joule minus 98,1 Joule. 

Es ist tatsächlich so, dass die physikalischen Größen in der relativistischen Physik aus der Sicht eines „entfernten“ Beobachters in veränderter Größe erscheinen. Denn bezogen auf den lokalen Beobachter „verändert“ sich das Kilogramm Masse überhaupt nicht. Seine Ruheenergie ist immer 9*10^16 Joule.

Das gleiche Phänomen gilt für die Zeit. So läuft eine Uhr auf dem Berg bezogen auf dem Betrachter im Tal langsamer. Für den Beobachter im Tal und auf dem Berg sind die Sekunden genau gleich lang. Die Differenz besteht nur, wenn der Beobachter auf die „entfernte“ Uhr schaut. Bringt man die Uhren irgendwann auf gleiche Höhe, kann man die Differenz feststellen, die dann jedoch konstant bleibt.