masse

Masse, materie, substans; egenskap ved alt stoff karakterisert ved at stoffet har treghet og tyngde (gravitasjon), vanlig symbol m. Isaac Newton definerte masse som mengden av materie og antok at det var en konstant størrelse. Nå defineres størrelsen enten som treg masse, ved Newtons annen lov K = m · a, dvs. som forholdet mellom den kraften K som virker på et legeme og den akselerasjonen a som legemet får på grunn av kraften, eller som graviterende masse, ved Newtons gravitasjonslov K = G · m₁m₂/r², hvor K er tiltrekningskraften mellom to legemer med (graviterende) masser m₁ og m₂ og avstand r. Gravitasjonskonstanten G er en universalkonstant. Alle målinger bekrefter Newtons antagelse om at treg og graviterende masse er identiske.

Masse inngår sammen med lengde og tid som fundamentale størrelser i alle deler av fysikken. I de fleste enhetssystemer, f.eks. i SI og CGS-systemet, regnes massen som en grunnstørrelse og masseenheten som en grunnenhet. I Det tekniske enhetssystemet regnes kraft som grunnenhet og masse som en avledet enhet.

Før Newtons tid kjente man ikke begrepet treg masse, og man regnet uten videre tyngden eller vekten av stoffet som mål for mengden stoff. Dette har ført til at ordet vekt har fått dobbel betydning; tyngden av et legeme, som måles i kraftenheter og avhenger av gravitasjonen på det stedet man befinner seg, og massen, som måles i masseenheter. I fysikken forsøker man av den grunn å unngå betegnelsen vekt.

I den klassiske (newtonske) fysikk regner man at massen til et legeme er konstant. A. Einstein viste i sin relativitetsteori at energi og masse er ekvivalente størrelser, knyttet sammen ved ligningen E = m · c², hvor E er legemets energi, m massen og c er lysfarten i tomt rom. Et legeme som i ro har massen m₀, har en energi m₀c², legemets hvileenergi. Når legemet settes i bevegelse, øker energien og derfor også massen, og når legemet beveger seg med en fart v, får det massen \[m = \frac{m_0}{\sqrt{1-\cfrac{v^2}{c^2}}}\]

Når farten v nærmer seg lysfarten, går massen mot uendelig, og lysfarten blir derfor en øvre grense som et legeme aldri kan oppnå. Lyskvant og andre partikler som beveger seg med samme fart som lyset, kan ikke forandre farten og har ingen hvilemasse. De kalles derfor masseløse partikler. De påvirkes imidlertid av gravitasjon og kan derfor tillegges en graviterende masse lik E/c².

Massen for et system av partikler avhenger av den potensielle energien partiklene i systemet har i forhold til hverandre. Når protoner og nøytroner bindes i en atomkjerne, avgir de potensiell energi, bindingsenergi, i form av stråling, og massen av systemet minker tilsvarende. Når en atomkjerne deler seg i en fisjonsprosess, avgir den noe av sin bindingsenergi, og sluttproduktene får mindre masse enn kjernen opprinnelig hadde. En del av massen omgjøres til stråling og kinetisk energi. Det samme skjer ved kjemiske prosesser, men den effekten er for liten til å måles. I atomkjernereaksjoner kan masseendringen bli nær 1 % og er lett målbar. Når en partikkel og en antipartikkel støter sammen og annihileres, blir begge partiklenes masse omgjort til strålingsenergi.