V svoji posebni teoriji relativnosti je Albert Einstein dejal, da sta masa in energija enakovredni in se lahko pretvarjata druga v drugo. Od tu izhaja izraz E = mc ^ 2, v katerem E pomeni energijo, m pomeni maso, c pa svetlobno hitrost. To je osnova za jedrsko energijo, pri kateri se masa znotraj atoma lahko pretvori v energijo. Energijo najdemo tudi zunaj jedra s subatomskimi delci, ki jih elektromagnetna sila drži skupaj.
Ravni elektronske energije
Energijo lahko najdemo v elektronskih orbitalah atoma, ki jih elektromagnetna sila drži na mestu. Negativno nabiti elektroni krožijo okoli pozitivno nabitega jedra in glede na to, koliko energije imajo, jih najdemo na različnih orbitalnih nivojih. Ko nekateri atomi absorbirajo energijo, naj bi bili njihovi elektroni "vznemirjeni" in skočili na višjo raven. Ko se elektroni spustijo nazaj v prvotno energijsko stanje, bodo oddajali energijo v obliki elektromagnetnega sevanja, najpogosteje kot vidne svetlobe ali toplote. Kadar se elektroni delijo z drugimi atomi v procesu kovalentne vezi, se energija shrani znotraj vezi. Ko se te vezi pretrgajo, se energija nato sprosti, najpogosteje v obliki toplote.
Nuklearna energija
Večina energije, ki jo lahko najdemo v atomu, je v obliki jedrske mase. Jedro atoma vsebuje protone in nevtrone, ki jih močna jedrska sila drži skupaj. Če bi se ta sila prekinila, bi se jedro raztrgalo in del svoje mase sprostilo kot energijo. To je znano kot fisija. Drugi proces, znan kot fuzija, se zgodi, ko se dve jedri združita in tvorita stabilnejše jedro, ki v procesu sprošča energijo.
Einsteinova teorija relativnosti
Koliko energije je torej shranjeno v jedru atoma? Odgovor je precej velik v primerjavi s tem, kako majhen je dejanski delček. Einsteinova posebna teorija relativnosti vključuje enačbo E = mc ^ 2, kar pomeni, da je energija v snovi enaka njeni masi, pomnoženi s kvadratom svetlobne hitrosti. Natančneje, masa protona je 1,672 x 10 ^ -27 kilogramov, vendar vsebuje 1,505 x 10 ^ -10 džuljev. To je še vedno majhno število, a ko je izraženo v realnem smislu, postane ogromno. Majhna količina vodika v litru vode je na primer približno 0,111 kilograma. To ustreza 1 x 10 ^ 16 džul ali energiji, proizvedeni s sežiganjem milijona litrov bencina.
Nuklearna energija
Ker pretvorba mase v energijo zagotavlja tako osupljivo količino energije iz razmeroma majhnih mas, je to mamljiv vir goriva. Dobiti reakcijo v varnih in nadzorovanih razmerah je lahko izziv. Večina jedrske energije izhaja iz cepitve urana na manjše delce. To sicer ne povzroča onesnaženja, toda tvori nevarne radioaktivne odpadke. Kljub temu jedrska energija predstavlja nekaj manj kot 20 odstotkov potreb ZDA po moči.