Die Masse ist eine fundamentale physikalische Grösse, die sowohl in der klassischen als auch in der modernen Physik eine zentrale Rolle spielt. Sie beschreibt die Trägheit eines Körpers (Trägheitsmasse) sowie seine Gravitationswirkung (schwere Masse). Die Einheit der Masse im SI-System ist das Kilogramm (kg).
Masse ist daher eine der grundlegendsten Grössen der Physik. Sie beschreibt sowohl die Trägheit als auch die Gravitationsfähigkeit von Materie, ist tief mit Energie verbunden und spielt in nahezu jedem physikalischen Zusammenhang eine zentrale Rolle. In moderner Physik ist sie nicht nur messbar, sondern auch theoretisch aus Feldern ableitbar.
Seit 2019 ist das Kilogramm über die Planck-Konstante \( h \) definiert:
$h = 6.62607015 \times 10^{-34}\,\text{J} \cdot \text{s}$
Durch die Festlegung des exakten Werts von \( h \) kann die Masse mithilfe von Kibble-Waagen (einer Form von elektromagnetischem Vergleich) präzise realisiert werden.
Die Masse tritt in Newtons zweitem Gesetz auf:
$\boxed{ F = m \cdot a}$
Je grösser die Masse, desto mehr Kraft ist für dieselbe Beschleunigung erforderlich.
Die gravitative Anziehungskraft zwischen zwei Massen ergibt sich durch:
$\boxed{ F = G \cdot \dfrac{m_1 \cdot m_2}{r^2} }$In Einsteins spezieller Relativitätstheorie sind Masse und Energie über die berühmte Formel verbunden:
$\boxed{ E = m \cdot c^2 }$
Damit kann Masse in Energie umgewandelt werden (z. B. in Kernreaktionen).
Im Standardmodell der Teilchenphysik entsteht Masse durch das Higgs-Feld: Elementarteilchen koppeln an dieses Feld und erhalten dadurch ihre Masse. Die Entdeckung des Higgs-Bosons (2012) bestätigte diesen Mechanismus experimentell.
Die folgende Tabelle zeigt eine Auswahl typischer Massen, geordnet von extrem kleinen Teilchenmassen bis hin zu den grössten bekannten astrophysikalischen Objekten. Alle Werte sind in Kilogramm (kg) angegeben.
| Objekt / Teilchen | Typ | Beispielhafte Masse |
|---|---|---|
| Elektron | Elementarteilchen | \( 9.109 \times 10^{-31} \) kg |
| Proton | Elementarteilchen | \( 1.673 \times 10^{-27} \) kg |
| Wassertropfen (1 mm) | Makroskopisches Objekt | \( \approx 5 \times 10^{-7} \) kg |
| Reiskorn | Makroskopisches Objekt | \( \approx 2 \times 10^{-6} \) kg |
| Mensch (Erwachsener) | Lebewesen | \( \approx 70 \) kg |
| PKW (Auto) | Technisches Objekt | \( \approx 1500 \) kg |
| Blauwalfisch | Lebewesen | \( \approx 150000 \) kg |
| Airbus A380 (max. Startgewicht) | Technisches Objekt | \( \approx 575000 \) kg |
| Eiffelturm | Bauwerk | \( \approx 10^7 \) kg |
| Fluss Rhein (Wassermasse) | Gewässer | \( \approx 2 \times 10^{11} \) kg |
| Erde | Planet | \( 5.972 \times 10^{24} \) kg |
| Sonne | Stern | \( 1.989 \times 10^{30} \) kg |
| Milchstrasse (Galaxie) | Galaxie | \( \approx 1.5 \times 10^{42} \) kg |
| Beobachtbares Universum | Gesamtsystem | \( \approx 1 \times 10^{53} \) kg |
Diese Tabelle verdeutlicht die enorme Spannweite von Massen in der Physik - über mehr als 80 Zehnerpotenzen! Sie reicht von subatomaren Teilchen über Alltagsobjekte bis hin zu kosmischen Strukturen.