Wie schwer ist Licht?,

fragte Eric Köplin aus Oldenburg,  Saskia Grunau antwortete

Zu Beantwortung muss zunächst der Unterschied zwischen Masse und Gewicht erklärt werden: Wenn ich hier auf der Erde auf eine Waage steige, dann wird mein Gewicht gemessen, also mit welcher Kraft die Erde mich anzieht. Die Waage zeigt aber meine Masse (in kg) an. Der Unterschied ist leicht zu erklären: Wenn ich auf dem Mond stehe, fühle ich mich erheblich leichter als auf der Erde, aber meine Masse ist trotzdem dieselbe geblieben, da ich ja nicht abgenommen habe.

Eindeutiger ist daher die Frage: "Welche Masse hat das Licht?" Darauf gibt es mehrere Antworten.
Die erste Antwort lautet: Gar keine! Zumindest hat Licht keine Ruhemasse. Das ist die Masse eines unbewegten Objektes. Und Photonen, also "Lichtteilchen", gibt es auch gar nicht in Ruhe. Sie bewegen sich immer, und zwar mit Lichtgeschwindigkeit. Daher ist es auch ganz gut, dass Photonen keine Masse haben, denn Einstein lehrte uns mit der Relativitätstheorie, dass keine Objekt mit endlicher Ruhemasse auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden kann. Das liegt daran, dass es neben der Ruhemasse in der Relativitätstheorie auch noch die bewegte Masse gibt, die sogar zunimmt, je schneller etwas unterwegs ist, also je mehr Bewegungsenergie etwas hat.

Im Grunde genommen ist damit die bewegte Masse nur eine andere Maßeinheit für Energie. Die zweite Antwort lautet also: da Photonen ja mit Lichtgeschwindigkeit extrem schnell sind, haben sie also doch etwas bewegte Masse, die allerdings sehr klein ist: Etwa 300 Millionen Photonen (je nach Farbe des Lichts) haben zusammen gerade mal die gleiche Masse wie ein einziges Proton oder Neutron, den elementaren Bestandteilen der Atomkerne. Die Gesamtmasse des Lichts, das pro Tag die Erde erreicht ist damit aber immerhin 168 Tonnen. Die Masse des Lichts sorgt übrigens auch dafür, dass Photonen von der Schwerkraft beeinflusst werden.

Der Gravitation ist es nämlich egal, ob sie Masse oder Energie vor sich hat. Lichtstrahlen können daher von der Schwerkraft "gebogen" werden: Wenn man bei einer Sonnenfinsternis einen Stern beobachtet, der gerade ganz dicht neben der nun dunklen Sonne zu sehen ist, sieht man ihn an einer leicht anderen Position als normalerweise. Damit ist die Frage beantwortet: Licht hat keine Ruhemasse, aber dafür bewegte Masse und damit wirkt auf der Erde eine entsprechende Schwerkraft auf Licht.

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Saskia Grunau studiert seit 2007 Physik an der Universität Oldenburg. Im Oktober 2010 schloss sie ihre Bachelorarbeit in der Arbeitsgruppe Feldtheorie, geleitet von Prof. Jutta Kunz-Drolshagen zum Thema "The motion of charged particles in the Reissner-Nordström-spacetime" ab.