Untertitel: Einstein und der freie Fall
Die Masse hat zwei Erscheinungsformen. Da ist einmal der Widerstand jedes Gegenstandes gegenüber Geschwindigkeitsveränderungen. Das nennt man die Trägheit eines Gegenstandes und sie wird durch die träge Masse hervorgerufen. Je größer diese ist, desto mehr Kraft braucht man, um die Geschwindigkeit des Gegenstands zu verändern. Versuch mal einen Sattelschlepper in Bewegung zu versetzen!
| Wenn die Reibung gering ist, lassen sich enorme Massen bewegen - wenn man genug Muskeln hat. Derek Boyer zieht hier gerade einen 45-Tonnen-Truck. |
Auf der anderen Seite werden massenreichere Objekte durch die Gravitation stärker angezogen. Das nennt man die schwere Masse. In beiden Fällen ist die Einheit das kg, und für ein und denselben Gegenstand sind träge und schwere Masse exakt gleich groß! Die Masse eines Gegenstandes ist im gesamten Universum gleich groß. Sie ändert sich nicht. Das nennen Physiker invariant. 1 kg bleibt immer 1 kg, egal ob es sich auf der Erde, auf dem Mond oder in der nächsten Galaxis befindet.
Das Gravitationsfeld weist eine höchst merkwürdige Eigenschaft auf. Die Beschleunigung von Körpern hängt nicht von der Masse ab! Alles fällt gleich schnell. Das ist doch verblüffend! Warum ist das so? Hat ein Körper die doppelte Masse, so wird er zwar doppelt so stark von der Erde angezogen (schwere Masse), er ist aber auch doppelt so schwer in Bewegung zu setzen (träge Masse). Das gleicht sich immer genau aus, und deswegen fallen alle Gegenstände gleich schnell!
Schon seit Galilei und Newton war die Gleichheit von träger und schwerer Masse durch die Fallgesetze bekannt, aber man dachte wohl irgendwie an einen Zufall. Erst Einstein bemerkte: Trag halb gleich groß, weil sie genau dasselbe und somit ununterscheidbar sind. Man kann durch kein einziges Experiment feststellen, ob eine Kugel durch die Anziehungskraft der Erde (schwere Masse) oder durch die Beschleunigung der Rakete (träge Masse) zu Boden fällt (F1). Diese Tatsache nennt man das Äquivalenzprinzip. Es ist eine wichtige Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie.
Man kann dieses Prinzip noch aus einer anderen Perspektive betrachten. Wenn ein Aufzug plötzlich frei fällt (F3), dann werden die Kabine und alles andere in ihr mit derselben Beschleunigung in die Tiefe stürzen, eben weil träge und schwere Masse von allen Gegenständen gleich groß sind. Daher würdest du dich im Aufzug völlig schwerelos fühlen, wie ein Astronaut in der Umlaufbahn um die Erde.