|
Betreibt man relativistische Mechanik und untersucht, wie sich Objekte im Raum bewegen und wie ihre Bewegung durch uere Krfte beeinflusst wird, so ergibt sich ein weiterer relativistischer Effekt. In der vor-einsteinschen Physik war das Verhltnis der Strke einer Kraft, die auf einen Krper wirkt, zu der Geschwindigkeitsnderung (der Beschleunigung) die der Krper daraufhin erfhrt, konstant. Es heit in der Physik auch die (trge) Masse des Krpers.
In der Speziellen Relativittstheorie dagegen ist die trge Masse eines Krpers umso grer, je hher seine Geschwindigkeit ist. Dieser Effekt gehrt beispielsweise zum tglich Brot jener Physiker, die Teilchenbeschleuniger verwenden, um Elementarteilchen auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Die folgende Abbildung zeigt einen solchen Beschleuniger, den VUV-Ring des Brookhaven National Laboratory, mit einem Umfang von 51 Metern:
Dieser Beschleuniger wird verwendet, um so genannte Synchrotronstrahlung zu erzeugen, besonders intensive und eng gebndelte elektromagnetische Strahlung, die sich fr eine Vielfalt von Untersuchungen von Grundlagenphysik ber Materialwissenschaft bis Medizin einsetzen lsst. Im Beschleuniger laufen Elektronen mit knapp ber 99,9999 Prozent der Lichtgeschwindigkeit um; wrde man die relativistische Massenzunahme auen vor lassen, so liee sich diese Maschine gar nicht erst zum Laufen bringen.
Die relativistische Massenzunahme fhrt auch zu der bereits erwhnten Unmglichkeit, einen materiellen Krper auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen: Je schneller der Krper, umso grer seine Masse und damit der Widerstand, den er weiterer Beschleunigung entgegensetzt. Je nher der Krper der Lichtgeschwindigkeit kommt, umso grer die Massenzunahme; um ihn ganz auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, wre rechnerisch eine unendlich groe Kraft vonnten.
Die Massenzunahme ist Teil eines allgemeineren Phnomens, der relativistischen quivalenz von Masse und Energie: Jede Energie, die ich einem Krper zufhre, erhht auch seine Masse; jede Energie, die ich ihm entziehe, verringert sie. In dem bereits erwhnten Fall fhre ich dem Krper, den ich beschleunige, Bewegungsenergie zu, und diese Energiezunahme erhht seine Masse.
Umgekehrt enthlt selbst ein ruhender Krper allein aufgrund seiner Masse Energie. Energie und (trge) Masse erweisen sich als untrennbar verknpft - jeder Krper der Masse m hat automatisch die Gesamtenergie
E=mc
(wobei c, wie oben schon, die Lichtgeschwindigkeit angibt), und jeder Krper der Gesamtenergie E hat, in Umkehrung der Formel, die trge Masse m=E/c. Masse und Energie sind, von dem konstanten Umrechnungsfaktor c abgesehen, ein und dasselbe.
|
