Wissenschaft im Dialog

Hat ein PKW mit einer (Ruhe)masse von 1.7 Tonnen, welcher sich mit 50 km/h auf einer ebenen Strasse bewegt, die gleiche Masse wie ein baugleicher PKW, welcher sich mit 250 km/h bewegt?

Im Rahmen von Albert Einsteins Spezieller Relativitätstheorie lautet die Antwort: Nein. Für einen am Straßenrand stehenden Beobachter ist die Masse des schneller bewegten PKW ein wenig größer.

Allerdings ist der Unterschied bei den im Straßenverkehr üblichen Geschwindigkeiten unmerklich klein: Beginnen wir mit einem PKW, der im Stand eine Gesamtmasse von 1.7 Tonnen hat.  Fährt dieser PKW mit 50 Kilometern pro Stunde an einem Beobachter vorbei, so stellt dieser fest, dass die Masse des PKW nun knapp zwei Milliardstel Gramm größer ist als in Ruhe.  Bei einer Geschwindigkeit des PKW von 250 Kilometern pro Stunde beläuft sich die Massenzunahme immerhin auf rund 46 Milliardstel Gramm.

Wollte der Beobachter ausrechnen, wie groß die Kraft ist, die man auf den PKW ausüben muss, um ihn in vorgegebener Weise zu beschleunigen, oder wollte er den Rollwiderstand oder den Druck bestimmen, den der PKW auf die Strasse ausübt, und käme es ihm dabei auf die höchste erreichbare Genauigkeit an, dann müsste er den Massenzuwachs in seinen Rechnungen berücksichtigen.

In der Praxis dagegen spielt dieser winzige Massenzuwachs keine Rolle. Geht es etwa darum, den PKW zu beschleunigen, dann sind Effekte, die mit der Speziellen Relativitätstheorie nichts zu tun haben ungleich wichtiger, etwa der mit zunehmender Geschwindigkeit immer größer werdende Luftwiderstand.

Anders ist das, wenn wir es mit wesentlich schnelleren Objekten zu tun haben - etwa anstatt mit einem PKW mit Elektronen, die in einem Beschleunigerring auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden, und anstatt des Beobachters am Straßenrand mit den Physikern, die den Beschleuniger steuern.  Diese Physiker müssen beispielsweise die Stärke des Magnetfeldes berechnen, das die Teilchen auf ihrer Kreisbahn halten soll. Aufgrund des relativistischen Massenzuwachses kann die Masse der bewegten Elektronen in solch einem Teilchenbeschleuniger einige tausend Mal größer sein als in Ruhe.  Würde man diesen relativistischen Massenzuwachs bei den Rechnungen außen vor lassen, würde man den Beschleuniger gar nicht erst zum Laufen bringen können.

Die Frage wurde beantwortet von Markus Pössel, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) und Redakteur des Internet Portals einstein-online.