Question n°10 : E = m.c2 ? Élémentaire mon cher Watson !

Il paraît que faire de l’exercice physique, et donc dépenser de l’énergie, permet de maigrir, donc de perdre de la masse ! Le processus physiologique est simple dans son principe : l’organisme va chercher l’énergie dont il a besoin dans les graisses présentes dans le corps, et il les transforme en énergie mécanique par l’intermédiaire des muscles ; via des réactions chimiques.

Que se passe-t-il donc au niveau énergétique dans une telle réaction ? Prenons par exemple la réaction de combustion du carbone : Carbone (C) + Oxygène(O2) produit du gaz carbonique (CO2) et de l’énergie. Le carbone se combine à l’oxygène pour former une nouvelle entité, appelée molécule, de gaz carbonique. Lors de cette réaction, une énergie de 10.000 calories est libérée lorsque l’on brûle 12 grammes de carbone pur.
Mais d’où provient donc toute cette énergie ? Si l’on mettait sur une balance le carbone et l’oxygène d’un côté, et le gaz carbonique de l’autre, on verrait alors que la balance est déséquilibrée, et que le gaz carbonique pèse moins lourd. Sa masse est donc plus faible que celle de ses constituants pris séparément, carbone et oxygène. La différence a été transformée en énergie ! C’est la fameuse formule d’Einstein E=mc2 . Dans cette formule, E est l’énergie d’un objet de masse m, au repos, et c est la vitesse de la lumière.
Cette transformation de masse en énergie est à l’œuvre non seulement au niveau des atomes et des molécules, comme nous venons de le voir, mais aussi au niveau du noyau situé au centre des atomes : c’est ainsi que dans une centrale nucléaire, un noyau d’Uranium, très lourd, se casse en deux fragments plus petits. Dans ce cas, la perte de masse est bien plus grande, de l’ordre d’un million de fois plus grande même que dans le cas des réactions chimiques !
Mais alors, si la masse peut se « transformer » en énergie, est ce que l’inverse n’est pas vrai aussi ? Eh bien oui ! Prenons un faisceau de lumière de haute énergie (ce n’est plus de la lumière visible mais plutôt des rayons X). Il va pouvoir, dans certaines conditions, se « matérialiser » en créant de la matière, plus précisément une paire de particule et son anti-particule. C’est précisément ce qui se passe sur le cliché ci-dessous ou une paire d’électron et de positron (l’anti-particule de l’électron) semble sortir du vide au point I.
Et heureusement que l’on peut transformer de l’énergie lumineuse en masse, car c’est ainsi que les plantes poussent par photosynthèse ! Bravo Einstein, et merci encore !