Basiswissen

Als relativistische Masse M wird oft das Produkt aus dem Lorentzfaktor γ und der Ruhemasse m bezeichnet. Die relativistische Masse M ist immer größer oder gleich groß wie die Ruhemasse m. Die relativistische Masse ist der Anteil an Energie eines Teilchens, der von der Teilchengeschwindigkeit abhängt. Der Begriff der relativistischen Masse ist zwar weit verbreitet^[2]^[5], wird aber auch kritisiert^[1].

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Der Bruch links ist der Lorenztfaktor. Dieser Faktor ist immer größer oder gleich 1. Multipliziert mit der Ruhemasse m ergibt er die sogenannte relativistische Masse M. Der Begriff gilt heute als problematisch.☛

Argumente contra

ZITAT:

Albert Einstein: "Es ist nicht gut, von der Masse M = m/[Wurzel aus (1 − v²/c²)] eines bewegten Körpers zu sprechen, da für M keine klare Definition gegeben werden kann. Man beschränkt sich besser auf die „Ruhe-Masse“ m. Daneben kann man ja den Ausdruck für momentum und Energie geben, wenn man das Trägheitsverhalten rasch bewegter Körper angeben will."^[1]

Philip E. Gibbs wurde im Jahr 1985 an der Universität Glasgow promoviert und arbeite anschließend als Softwareingenieur in verschiedenen Forschungs Einrichtungen (z. B. Desy). Gibbs betrachtet die relativistische Masse als ein Maß für die Energie eines Teilchens, die sich mit der Geschwindigkeit ändert^[3]. Diese relativistische Masse gelte nicht als Masse im eigentlichen Sinn. Der modernen Terminologie gilt als Masse ausschließlich die von der Geschwindigkeit unabhängige (Ruhe)Masse. Diese ist zum Beispiel für ein Photon immer Null. Siehe auch 👉 Lichtmasse

Argumente pro

Schon vor Albert Einsteins Veröffentlichung seiner Relativitätstheorie im Jahr 1905 war aus Experimente an sogenannten Kathodenstrahlröhren bekannt, dass Elektronen umso träger auf äußere Kräfte reagieren, je schneller sie sind. Das führte zur frühen Formulierung einer mit der Geschwindigkeit zunehmenden trägen Masse:

ZITAT:

Max Abraham, 1902: "Wer in den Kathoden- und Becquerelstrahlen Schwärme bewegter Elektronen sieht, muss für deren Bewegungen das erste Newtonsche Axiom als gültig ansehen. Solange nämlich keine äußere Kraft einwirkt, erfolgt die Bewegung geradlinig und mit konstanter Geschwindigkeit. Auch das zweite Axiom Newtons hat man experimentell bestätigt gefunden in dem Sinne, dass bei Steigerung der ablenkenden oder beschleunigenden äußeren Kraft der Betrag der transversalen oder longitudinalen Beschleunigung in demselben Verhältnis ansteigt, wie die Kraft; man durfte daher dem Elektron eine träge Masse zuschreiben, eine Masse, die nach Kaufmann mit wachsender Geschwindigkeit zunimmt."^[6]

Stephen Hawking (1942 bis 2018) geht von einer realen Zunahme der Masse mit wachsender Geschwindigkeit aus: "Je mehr sich das Objekt der Lichtgeschwindigkeit nähert, desto rascher wächst seine Masse, so daß mehr und mehr Energie erforderlich ist, es noch weiter zu beschleunigen^{[4, Seite 36]}."

Anmerkung

Einstein verwendet das Wort Momentum hier im Sinne von Impuls. Die Alternativen, die er vorschlägt, sind Terme zur Berechnung eines relativistischen Impulses und einer relativistischen Energie. Dieser Handhabung folgen zunehmend viele Lehrbücher und Fachartikel.

👉 Relativistischer Impuls

👉 Relativistische Energie

Fußnoten

– [1] Albert Einstein: Brief an Lincoln Barnett: Lev B. Okun: The Concept of Mass. In: Physics Today. 43, 32 (1989). DOI: 10.1063/1.881171

[2] Richard T. Weidner, Robert L. Sells: Elementare moderne Physik. Verlag Friedrich Vieweg & Sohn. Ausgabe von 1982. ISBN: 3-528-08415-4: das Wort relativistische Masse wird verwendet und auch begründet rechtfertigt: In der Beziehung "p=mv" ist "m die sogenannte relativistische Masse. Definitionsgemäß ist die relativistische Masse m eines Teilchens diejenige physikalische Größe, mit der wir die Geschwindigkeit v multiplizieren müssen, um die Vektorgröße p zu erhalten, dabei soll der Gesamtimpuls Σp eines abgeschlossenen Systems erhalten bleiben."

[3] Philip E. Gibbs: Does light have matter? Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY. FAQ Seiten Physik. 1997. Online: https://www.desy.de/user/projects/Physics/Relativity/SR/light_mass.html

[4] Stephen Hawking: Eine kurze Geschichte der Zeit. Die Suche nach der Urkraft des Universums. Englischer Originaltitel: A Brief History of Time. From the Big Bang to Black Holes. Deutsch im Rohwolt Taschenbuch Verlag. 1988. ISBN: 3-499-188-50-3.

[5] Von einem "relativistischen Massenzuwachs" im Zusammenhang mit der Überlichtgeschwindigkeit sprich das: Lexikon der Physik in sechs Bänden. Walter Greulich (Herausgeber). Spektrum Akademischer Verlag, 1998-2000. ISBN: 3860252917. Dort im Artikel "Überlichtgeschwindigkeit".

[6] Die Zunahme der "trägen Masse" wurde schon 1902 diskutiert: "Wer in den Kathoden- und Becquerelstrahlen Schwärme bewegter Elektronen sieht, muss für deren Bewegungen das erste Newtonsche Axiom als gültig ansehen. Solange nämlich keine äußere Kraft einwirkt, erfolgt die Bewegung geradlinig und mit konstanter Geschwindigkeit. Auch das zweite Axiom Newtons hat man experimentell bestätigt gefunden in dem Sinne, dass bei Steigerung der ablenkenden oder beschleunigenden äußeren Kraft der Betrag der transversalen oder longitudinalen Beschleunigung in demselben Verhältnis ansteigt, wie die Kraft; man durfte daher dem Elektron eine träge Masse zuschreiben, eine Masse, die nach Kaufmann mit wachsender Geschwindigkeit zunimmt." In: Max Abraham: Prinzipien der Dynamik des Elektrons. Physikalische Zeitschrift 4 (1b), S. 57–63. Leipzig. 1902. Online: https://de.wikisource.org/wiki/Prinzipien_der_Dynamik_des_Elektrons_(1902)