Die Masse ist eine physikalische Grundgröße, die schon in der klassischen Mechanik eine entscheidene Rolle spielt. Mit der Masse sind die Begriffe Gewicht, Schwere und Trägheit verbunden. Albert Einsteins Relativitättheorie erklärt Masse zudem als eine Form von Energie
Die Masse der Kernbausteine ist fast gleich. Etwa 602.252.000.000.000.000.000.000 Protonen oder Neutronen wiegen zusammen ein Gramm. In einem Gramm Materie befinden sich also unvorstellbar viele Atome. Die genannte Zahl wird Loschmidt-Zahl oder Avogadro-Konstante genannt. Das Elektron ist noch etwa 2000 mal leicher. Das Photon ist ein masseloses Teilchen.
Im täglichen Leben werden die Begriffe Masse und Gewicht weitgehend austauschbar verwendet. So gibt man ein Gewicht in der Regel in Kilogramm an, der physikalischen Einheit für Masse. Mit Gewicht wird aber auch oft die Gewichtskraft gleichgesetzt.
Auf der Erdoberfläche unterliegen alle Gegenstände der Erdanziehungskraft, die ungefähr 9,81 Newton pro Kilogramm Masse beträgt. Eine Federwaage, die eigentlich die Gewichtskraft in Newton misst, kann also leicht in ein Gerät zur Messung der Masse umgewandet werden. Man muss nur an die Stelle, auf die der Zeiger bei 9.81 Newton zeigt, 1 kg schreiben. Solch eine Waage würde aber auf dem Mond (auf dem eine andere Schwerkraft herrscht) falsch gehen.
Eine Balkenwaage misst übrigens nicht die Gewichtskraft, sondern vergleicht verschiedene Massen mit Hilfe der Gewichtskraft. Balkenwaagen gehen also auch auf dem Mond richtig.
Auf die Eigenschaft der Masse eine Gewichtskraft zu erzeugen basiert basiert die Maßeinheit Kilopond. Ein Kilopond ist die Kraft, die man braucht um ein Kilogramm Materie gegen die Gewichtskraft zu halten.
Eine weitere Eigenschaft von Körpern, die durch die Masse festgelegt wird, ist die Trägheit. Trägheit bezeichnet den Widerstand, den ein Körper der Veränderung seines Bewegungszustands entgegensetzt. Auf einen ruhenden Körper muss man eine Kraft anwenden, um ihn auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu bringen. Die Kraft, die man hierzu braucht, ist für einen schweren Körper größer als für einen leichten. Ebenso braucht man zum Abbremsen eines schweren Körpers mehr Kraft, als es kostet einen leichten Körper abzubremsen. Über die Trägheit der Masse ist die Krafteinheit Newton definiert.
Diese Trägheit ist eine grundlegend andere Eigenschaft als die Schwere. Dennoch werden beide Eigenschaften mit der Masse angegeben. Streng genommen müsste man also zwischen "schwerer Masse" und "träger Masse" unterscheiden. Dass man zwischen diesen beiden Aspekten der Masse meistens keinen Unterschied macht, liegt daran dass noch nie ein Material beobachtet wurde, bei dem Trägheit und Schwere unterschiedlich sind.
Die Gleichheit von "schwerer Masse" und "träger Masse" führt übrigens dazu, dass die Bahnen der Planeten unabhängig von Planetenmasse und ihrer Beschaffenheit sind. Die Planeten werden durch ein Wechselspiel von Trägheit und Schwere auf ihren Bahnen gehalten.
Auch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie basiert auf die Gleichheit von Trägheit und Schwere. Hier wird die Ununterscheidbarbeit von Trägheit und Schwere zu einem grundlegenden Symmetrie-Prinzip gemacht.
Abgesehen von Schwere und Trägheit hat die Masse in der Elementarteilchenphysik noch eine weitere wichtige Bedeutung. Es ist nämlich möglich, Elementarteilchen in Paaren von Teilchen und Antiteilchen herzustellen. Die Masse gibt dabei die Energie an, die aufgebracht werden muss, um ein Teilchen zu erzeugen. Masse ist also eine Form von Energie.
Eine wichtige Beobachtung der Physik ist, dass Energie nie aus dem Nichts erzeugt werden kann. Wenn Masse eine Energieform ist, kann also auch ein massives Teilchen nicht einfach entstehen. Es ist aber möglich, dass ein schweres Teilchen in mehrere leichte Teilchen zerfällt. Bleibt dabei Energie übrig, so wird sie den entstehenden Teilchen als Bewegungsenergie mitgegeben.
Der radioaktive Zerfall eines Atomkerns ist ein Beispiel für solch einen Vorgang. Beim sogenannten Betazerfall wandelt sich ein Neutron in ein Proton um und es werden ein Elektron und ein Neutrino frei. Das Neutron muss also etwas schwerer sein, als das Proton. Da Elektron und Neutrino aber viel leichter sind als Proton und Neutron, ist der Unterschied nicht sehr groß. Die Summe der Massen von Proton, Elektron und Neutrino ist jedoch immer noch etwas kleiner, als die des Neutrons. Die fehlende Masse wird beim Betazerfall in Bewegungsenergie umgewandelt.
Müssten Photonen nicht nach E=mc² Masse haben?
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Letzte Änderung: 06.03.2007