BeschreibungenBerechnungen
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3.4 Träge Masse

Wie bereits mehrfach erwähnt, hat die Masse eine Doppelbedeutung: einmal bestimmt sie nämlich die Stärke der Anziehung im Schwerefeld und zum anderen den Widerstand, den dieses Objekt einem Beschleunigungsversuch entgegensetzt. Beides, das muss man sich klar machen, sind zwei völlig verschiedene Dinge und es ist überhaupt nicht selbstverständlich, dass die Masse diese besondere Eigenschaft besitzt. Man bezeichnet diese Doppelnatur der Masse als das schwache Äquivalenzprinzip. Es bewirkt unter anderem, dass alle Objekte im Schwerefeld der Erde im freien Fall die gleiche Strecke in der gleichen Zeit zurückzulegen, sofern der Luftwiderstand vernachlässigt werden kann.

Die Entdeckung des schwachen Äquivalenzprinzip geht zurück bis in die Zeit von Galileo Galilei, welcher bereits Fallexperimente im Schiefen Turm von Pisa durchgeführt haben soll. Weitere Versuche erfolgten später durch Isaac Newton und Friedrich Wilhelm Bessel. Was diese jedoch noch nicht durchführen konnten, waren Beschleunigungsexperimente von elektrisch geladenen Objekten im elektrischen Feld. Ende des 19. Jahrhunderts folgerte Joseph John Thomson, dass eine geladene Kugel im elektrischen Feld eine zusätzliche Trägheit haben müsse. Dieser als elektromagnetische Masse bezeichnete Effekt, regte einige Physiker wie Max Abraham oder Wilhelm Wien an darüber nachzudenken, ob Masse nicht vollständig elektromagnetischer Natur sei.

In den bekannten Kaufmann-Bucherer-Neumann-Experimenten stellte man dann fest, dass die träge Masse elektrisch geladener Objekte mit zunehmender Geschwindigkeit anzusteigen scheint. Hätten die Physiker damals bereits die Quantinotheorie gekannt, so hätte sie das nicht verwundert. Schließlich wurde im Abschnitt Relativität der Kraft gezeigt, dass die elektrische und damit auch die magnetische Kraft einer ruhenden Experimentalanordnung auf eine bewegte Ladung mit zunehmender Relativgeschwindigkeit zwischen beiden immer kleiner wird und bei der Lichtgeschwindigkeit sogar Null erreicht. Es ist eine geschichtliche Tatsache, dass sich mangels einer besseren Theorie die spezielle Relativitätstheorie durchsetzte und die immer kleinere Beeinflussbarkeit elektrischer Ladungen durch elektrische und magnetische Felder einer Zunahme der trägen Masse anstatt einer Abnahme der Wirksamkeit der Kraft zugeschrieben wurde.

In Abschnitt 2.3 wurde bereits gezeigt, dass ein elektrisch geladenes Objekt eine mechanische Trägheit besitzen muss, die nichts mit der schweren Masse zu tun hat. Die Ursache dafür war, dass eine Einheitsladung beim Beschleunigen in Beschleunigungsrichtung mit Quantinos wechselwirkt, die es selbst zuvor ausgesendet hat. Da in diesem Fall Einheitsladung und Quantino immer das gleiche Vorzeichen besitzen und das Quantino der Einheitsladung relativ gesehen immer entgegenkommt, wird nach Regel 1 eine Gegenbeschleunigung erzeugt.

Die selben Mechanismen wirken, wenn Objekte beschleunigt werden, die über Masse oder im Falle von Antimaterie über Antimasse verfügen. Wie in den Abschnitten 3.1 und 3.2 erläutert wurde, bestehen Massen und Antimassen aus Einheitsladungen. Werden diese beschleunigt, so wirkt auf jede einzelne davon der bereits beschriebene Trägheitseffekt. Und da die in normaler Materie enthalten Elementarteilchen, nämlich Neutronen, Protonen und Elektronen, sehr viel sich gegenseitig vollständig bzw. fast vollständig neutralisierende Einheitsladungen enthalten, ist die Trägheit eines Alltagsgegenstandes proportional zu seiner schweren Masse, während eine gegebenenfalls vorhandene elektrische Restladung nicht weiter ins Gewicht fällt. Das schwache Äquivalenzprinzip folgt daraus durch Wahl einer geeigneten Proportionalitätskonstante, welche im newtonschen Gravitationsgesetz auftaucht und Gravitationskonstante genannt wird. Für andere Materiearten, wie zum Beispiel Photonen oder Neutrinos gilt das Äquivalenzprinzip hingegen nicht, da diese zwar über eine träge Masse, in der Regel aber nicht oder kaum über eine schwere Masse verfügen. Auch bei exotischer Materie gilt das Äquivalenzprinzip vermutlich nur mit anderen Gravitationskonstanten.