„Az anyag nem vész el, csak átalakul”.

Ezt mondjuk akkor is, ha nem találunk valamit. A mondás egyébként igaz, de mégsem ilyen egyszerű. A kémiai reakciókkal kapcsolatban minden kémiatankönyvben szerepel a tömegmegmaradás törvénye, amelyet Lavoisier fedezett fel 1789 táján. E szerint a reakció során a folyamatban szereplő anyagok össz-tömege nem változik. Ha szenet égetünk, akkor (grammban kifejezve) ugyanannyi szén-dioxid keletkezik, mint amennyi az elégetett szén és a vele reagáló oxigén volt együtt. Lavoisier előtt ez nem volt evidens. A zavarokat az okozta, hogy ellentmondásosak voltak a tapasztalatok. Ha fát égettek, akkor a maradék hamu könnyebb volt, mint a fa kezdetben; itt tehát súlycsökkenést tapasztaltak. Az ólom viszont nehezebb lett, ha hevítették. Minthogy még nem ismerték a folyamatok kémiai lényegét, nyakatekert magyarázatokkal értelmezték a tapasztalatot.

Egészen más azonban a helyzet, ha nem kémiai reakció történik, hanem magfizikai; vagyis ha a folyamatban részt vevő atom(ok)nak az atommagja változik meg, azaz más kémiai elem képződik. Ilyen folyamat megy végbe pl. a Napban: H-atomok egyesülnek He-atomokká. Vagy az atomerőművekben, ahol uránatomok bomlásából (végső soron) ólom képződik. Ezekre a folyamatokra már nem érvényes a tömegmegmaradás törvénye. Akár a magfúzióról (egyesülés), akár a fisszióról (maghasadás) van szó, azt tapasztaljuk, hogy a keletkezett anyagok tömege lényegesen kisebb a kiindulási tömegnél. Mintha valamennyi anyag „elveszett” volna.

Ennek megértéséhez tudni kell, hogy mi a viszony anyag és tömeg között. A modern fizika értelmezésében az anyagnak kétféle megjelenési formája van: a tömeg és az energia. Az anyag egyik fajtája „kézzel fogható”. Ha nem is feltétlenül szabad szemmel, de mikroszkóppal mégiscsak látható „test”, és műszerekkel megmérhető, hány gramm. Az anyag másik fajtája az energia, amely nem látható, nem „kézbe vehető”, nem „test”, nem mérhető meg, hány gramm. A fent említett magfizikai folyamatokban a „test”-szerű anyag mennyisége csökken; cserébe viszont energiát nyerünk, vagyis az „energia”-szerű anyag mennyisége növekszik. Ezen alapul a Nap – valamint az atomerőmű és az atombomba – irdatlan energia-kibocsátása.

Az „anyagnak” (pontosabban: test-szerű anyagnak) energiává alakulásáról szól Einstein híres képlete: E = mc², ahol E az energiát jelenti, m az átalakuló tömeget, c pedig a fénysebességet. Minthogy c már önmagában óriási szám, négyzetre emelve végképp irtó nagy. Ez a magyarázata annak, hogy nagyon kicsi tömeg is nagyon nagy energiává változik.

Még van egy „furcsaság”. A fentiekből következik, hogy ha valamilyen rendszer energiát bocsát ki, értelemszerűen csökken a tömege. De nem mindegy, mennyivel. Amikor szenet égetünk, a keletkezett szén-dioxid grammokban mért tömege olyan parányival kisebb, mint a kiindulási szén és oxigén együttes tömege volt, hogy ezt gyakorlati szempontokból teljesen figyelmen kívül hagyhatjuk. Így tehát a tömegmegmaradás törvénye továbbra is érvényben marad, de csak a mi mérési pontosságunk szintjén.

Anyag- és energiaforgalommal jár minden változás. A kettő azonban más logikájú. Az anyagoknak a Földön ciklusai (körfolyamatai) vannak; az energia viszont bejön és kimegy. A fűből a nyuszi testének anyagai lesznek, aztán ürülék, abból trágya, majd humusz a talajban, a humuszból növényi tápanyag lesz, s abból újra fű. A kör bezárult. Ugyanez a körfolyamat az egyes kémiai elemekre is felírható. Az energiának azonban más az útja. Beérkezik a napsugárzással, és a fotoszintézis folyamatában beépül a cukorba (azon keresztül a növények többi testanyagába). A cukor tehát ebben a vonatkozásban „elraktározott napenergia”. A növényt lelegeli a nyuszi, a nyuszit megeszi a róka. Tehát a róka is a Nap energiájával működik, csak áttételeken keresztül. Ez az energia az életműködések során hőenergia formájában kisugárzódik a levegőbe, onnan pedig a világűrbe. Az energia tehát jön és megy.

Elemek körforgása

Szén (C): CO₂ →fotoszintézis→ Cukor [→ más szerves vegyületek] → légzés → CO₂

Oxigén (O): O₂ (levegő) → légzés (oxidáció) → CO₂ → fotoszintézis → O₂

Nitrogén (N): N₂ (levegő) → nitrifikáló baktériumok → N-vegyületek → denitrifikáló baktériumok  → N₂