Masse
Masse, in der Physik, quantitatives Maß der Trägheit, eine grundlegende Eigenschaft aller Materie. Sie ist der Widerstand, den ein Körper einer Geschwindigkeits- oder Lageveränderung bei Einwirkung einer Kraft entgegensetzt. Je größer die Masse eines Körpers ist, desto geringer ist die Veränderung, die durch eine einwirkende Kraft hervorgerufen wird. Die Einheit der Masse im Internationalen Einheitensystem (SI) ist das Kilogramm, das durch die Plancksche Konstante definiert ist, die 6,62607015 × 10-34 Joule pro Sekunde entspricht. Ein Joule ist gleich einem Kilogramm mal Meter zum Quadrat pro Sekunde zum Quadrat. Da die Sekunde und der Meter bereits durch andere physikalische Konstanten definiert sind, wird das Kilogramm durch genaue Messungen der Planckschen Konstante bestimmt. (Bis 2019 wurde das Kilogramm durch einen Platin-Iridium-Zylinder mit der Bezeichnung Internationales Kilogrammprototyp definiert, der im Internationalen Büro für Maße und Gewichte in Sèvres, Frankreich, aufbewahrt wurde). Im englischen Maßsystem ist die Einheit der Masse das Slug, eine Masse, deren Gewicht auf Meereshöhe 32,17 Pfund beträgt.
Das Gewicht ist zwar mit der Masse verwandt, unterscheidet sich jedoch von dieser. Das Gewicht stellt im Wesentlichen die Kraft dar, die durch die Anziehungskraft der Erde auf die Materie ausgeübt wird, und variiert daher leicht von Ort zu Ort. Im Gegensatz dazu bleibt die Masse unabhängig vom Ort unter normalen Umständen konstant. Ein in den Weltraum geschossener Satellit wiegt zum Beispiel immer weniger, je weiter er sich von der Erde entfernt. Seine Masse bleibt jedoch gleich.
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Nach dem Prinzip der Massenerhaltung ändert sich die Masse eines Objekts oder einer Ansammlung von Objekten nie, egal wie sich die einzelnen Teile anordnen. Wird ein Körper in Teile zerlegt, so teilt sich die Masse mit den Teilen, so dass die Summe der Massen der einzelnen Teile gleich der ursprünglichen Masse ist. Oder, wenn Teilchen zusammengefügt werden, ist die Masse des Verbundes gleich der Summe der Massen der einzelnen Teilchen, aus denen er besteht. Dieses Prinzip ist jedoch nicht immer richtig.
Mit der Einführung der speziellen Relativitätstheorie durch Einstein im Jahr 1905 erfuhr der Begriff der Masse eine radikale Überarbeitung. Die Masse verlor ihre Absolutheit. Man erkannte, dass die Masse eines Objekts der Energie entspricht, dass sie in Energie umwandelbar ist und dass sie bei extrem hohen Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit (etwa 3 × 108 Meter pro Sekunde oder 186.000 Meilen pro Sekunde) erheblich zunimmt. Man ging davon aus, dass die Gesamtenergie eines Objekts sowohl seine Ruhemasse als auch seine durch die hohe Geschwindigkeit verursachte Massenzunahme umfasst. Man entdeckte, dass die Ruhemasse eines Atomkerns messbar kleiner ist als die Summe der Ruhemassen der Neutronen und Protonen, aus denen er besteht. Die Masse wurde nicht mehr als konstant oder unveränderlich angesehen. Sowohl bei chemischen als auch bei Kernreaktionen findet eine gewisse Umwandlung von Masse und Energie statt, so dass die Produkte im Allgemeinen eine kleinere oder größere Masse haben als die Reaktanten. Der Unterschied in der Masse ist bei gewöhnlichen chemischen Reaktionen so gering, dass die Massenerhaltung als praktischer Grundsatz für die Vorhersage der Masse der Produkte herangezogen werden kann. Die Massenerhaltung gilt jedoch nicht für das Verhalten von Massen, die in Kernreaktoren, in Teilchenbeschleunigern und bei den thermonuklearen Reaktionen in der Sonne und in Sternen aktiv sind. Der neue Erhaltungssatz ist die Erhaltung der Masse-Energie. Siehe auch Energie, Energieerhaltung; Energie; Einsteins Masse-Energie-Beziehung.