U izolovanom sistemu ukupna vrednost mase ostaje nepromenjena tokom vremena. Pojedini elementi sistema mogu menjati vrednosti mase, ali samo u meri koja obezbeđuje da ukupna vrednost mase ostane nepromenjena.
Nepromenljivost mase
Video čas
Izolovani sistem je deo fizičkog sveta, koji sa okolinom ne razmenjuje ni masu ni energiju. Sistem čine bilo koji elementi sveta koji nas okružuje, tela ili čestice, koji mogu međusobno delovati i razmenjivati energiju. Polazeći od pretpostavke da se u izolovanom sistemu ne može osetiti delovanje nikakvih spoljašnjih sila i da nema razmene energije i mase sa okolinom, dolazimo do zaključka da sve fizičke veličine (koje bi se inače menjale kao posledica spoljašnih uticaja) moraju ostati nepromenjene tokom vremena.
Za takve veličine važe zakoni održanja na nivou sistema. To znači da se vrednost uočene veličine na nivou sistema u toku vremena ne menja, dok se ista veličina za pojedine elemente sistema može menjati.
Zakon održanja mase tvrdi da se ukupna masa sistema neće menjati, ma kakvim ga promenama izlagali. Zašto se čekalo do XVIII veka da se ovaj princip počne uobličavati? Verovatno zato što su neke promene, koje supstanca može da doživi, dovodile do pojave gasova koji su izbegavali da budu otkriveni, tokom eksperimenta. Antoan Lavoazje je u XVIII veku vršio eksperimente u kojima je uspešno “hvatao” i nastale gasove, pri čemu je primetio da se ukupna masa sistema, pre i posle eksperimenta, nije promenila.
Kada u peć ubacite 1kg uglja i kada on sagori, teško da ćete dobiti 1 kg pepela. Činiće vam se kao da ste uništili deo početne mase. Međutim, ako biste masu preostalog pepela sabrali sa masom gasova koji su prilikom sagorevanja otišli u atmosferu (na žalost), dobili bi ste masu identičnu masi uglja – 1 kg.
Od kada je Ajnštajn ustanovio da su masa i energija dva različita pojavna oblika jednog te istog entiteta, uveden je zakon održanja maseenergije. Naime, u svetu elementarnih čestica, transformacija energije u masu i mase u energiju nije retkost. Ova transformacija odvija se po Ajnštajnovoj čuvenoj formuli:
$$ E = mc^2 $$
Transformacije mase u energiju, i obrnuto, su teško primetne u svetu koji nas okružuje i koji je dostupan merenju. Energija kojom su vezani molekuli u hemijsku ili međumolekulsku vezu je “pozajmljena” od masa tih molekula, dok su bili u slobodnom stanju, ali je ta promena mase nemerljiva. 1 gram bilo koje supstance sadrži 9·1013 J energije – to je deset milijardi kJ energije. U odnosu na ovaj iznos energije, energija veze svih molekula u jednom molu supstance je reda veličine stotina kJ, što je zanemarljivo (jedan mol vode ima masu 18g). Promene mase u energiju (i obrnuto) merljive su u svetu elementarnih čestica i u domenu jezgra atoma.
Svi zakoni održanja formulisani su na isti način i mogu se primeniti i na oblasti života koje sa fizikom nisu direktno povezane. Od važnijih zakona održanja treba još pomenuti i zakon održanja naelektrisanja, koji tvrdi da u izolovanom sistemu ukupna vrednost naelektrisanja ostaje neizmenjena tokom vremena.