Das Tao der Physik

Jede Form kann zur Leistung von Arbeit benutzt werden.
Zum Beispiel kann man einem Stein Gravitationsenergie geben, indem man ihn auf eine bestimmte Höhe hebt. Läßt man
ihn von dieser Höhe fallen, so wird seine Gravitationsenergie in
Bewegungsenergie (»kinetische
Energie«) umgesetzt, und
    wenn der Stein zu Boden fällt, kann er Arbeit leisten, indem er
etwas zerbricht. Ein anderes Beispiel: Elektrische Energie und
chemische Energie können für Haushaltszwecke in Wärmeenergie umgewandelt werden. In der Physik hängt Energie immer mit einem Prozeß zusammen, mit irgendeiner Art von Aktivität, und ihre fundamentale Bedeutung liegt darin, daß die
gesamte an einem Prozeß beteiligte Energie immer erhalten
bleibt. Die Erhaltung der Energie ist eines der wichtigsten
Grundgesetze der Physik. Es gilt für alle bekannten Naturerscheinungen, und bisher wurde keine Abweichung von diesem
Gesetz beobachtet.
    Die Masse eines Körpers ist andererseits ein Maß für sein
Gewicht, d. h. für den Zug der Schwerkraft an diesem Körper.
Außerdem bestimmt die Masse die Trägheit eines Gegenstands, d. h.
seinen
Widerstand
gegen
Beschleunigung.
Schwere
Gegenstände
sind schwerer zu beschleunigen als
leichte, wie jeder weiß, der einmal einen Wagen geschoben hat.
In der klassischen Physik wurde Masse außerdem mit einer unzerstörbaren materiellen Substanz verbunden, d. h. mit dem
»Stoff«, aus dem man sich alle Dinge vorstellte. Wie bei der
Energie glaubte man, daß diese strikt erhalten bliebe, so daß
keine Masse jemals verloren gehen könne.
    Jetzt aber erwies
sich durch die Relativitätstheorie, daß
Masse nichts als eine Energieform ist. Energie kann nicht nur
die verschiedenen, in der klassischen Physik bekannten Formen annehmen, sondern auch in der Masse eines Objektes eingeschlossen sein. Das Maß an Energie, das zum Beispiel in einem Teilchen enthalten ist, ist gleich der Masse »m« des Teilchens, mal c 2 , dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit, somit:
    Wird Masse erst einmal als Energieform betrachtet, so muß sie
nicht länger unzerstörbar sein, sondern kann in andere Energieformen umgewandelt werden. Das kann geschehen, wenn
subatomare Teilchen zusammenstoßen. Bei solchen Kollisio
    nen können Partikel zerstört werden, und die in ihren Massen
enthaltene Energie kann in kinetische Energie verwandelt
werden, die auf die anderen, an der Kollision beteiligten Teilchen verteilt wird. Umgekehrt kann die kinetische Energie von
Teilchen, die mit sehr hohen Geschwindigkeiten zusammenstoßen, zur Masse neuer Teilchen werden. Das nachstehende
Foto zeigt ein extremes Beispiel einer solchen Kollision: Ein
Proton tritt von links in die Blasenkammer ein, schlägt ein
Elektron aus einem Atom heraus {spiralförmige Spur), stößt
dann mit einem anderen Proton zusammen und erzeugt sechzehn neue Teilchen in diesem Kollisionsvorgang.
Dieses Foto wurde verkehrt, um die feinen Spuren der Teilchen deutlicher hervortreten zu lassen; eine in der Physik oft verwendete Methode.
    Die Erzeugung und Zerstörung von Materieteilchen ist eine der
eindrucksvollsten Konsequenzen der Gleichung von Masse und
Energie. Bei den Kollisionsvorgängen der Hochenergie-Physik
bleibt die Masse nicht mehr erhalten. Die zusammenstoßenden
Teilchen können zerstört werden, und ihre Massen können
teilweise in die Massen, teilweise in die kinetischen Energien
der neu erzeugten Teilchen umgewandelt werden. Nur die an
einem solchen Vorgang beteiligte Gesamtenergie, das heißt die
gesamte kinetische Energie plus die in allen Massen enthaltene
Energie, bleibt erhalten. Die Zusammenstöße von subatomaren Teilchen sind unser wichtigstes Werkzeug für die Erforschung ihrer Eigenschaften, und die Relation zwischen Masse
und Energie ist wesentlich für ihre Beschreibung. Sie hat sich
unzählige Male bestätigt, und Teilchen-Physiker haben sich an
den Umgang mit der Äquivalenz von Masse und Energie so gewöhnt, daß sie die Masse von Teilchen in den entsprechenden
Energieeinheiten messen.
    In der modernen Physik hat Masse keine materielle Substanz
mehr, und man ist daher nicht mehr der Ansicht, daß Teilchen
aus irgendeinem
Grund»stoff« bestehen, sondern sie
sind
Energiebündel. Da Energie aber mit Aktivität, mit Vorgängen
zusammenhängt, folgt daraus, daß subatomare Teilchen von
dynamischer Natur sind. Wie wir gesehen haben, sind sie nicht
als statische dreidimensionale Objekte anzusehen, wie Billardkugeln oder Sandkörner, sondern als vierdimensionale Gebilde
in