Quelle

Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?

von A. Einstein

Annalen der Physik (4) 18, 639–641 (1905).

[p. 639]
Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?
[p. 639]
von A. Einstein.

[p. 639]Die Resultate einer jüngst in diesen Annalen von mir publizierten elektrodynamischen Untersuchung[1)] führen zu einer sehr interessanten Folgerung, die hier abgeleitet werden soll.

Explained in One result is borrowed, not rediscovered

[p. 639]Ich legte dort die Maxwell-Hertzschen Gleichungen für den leeren Raum nebst dem Maxwellschen Ausdruck für die elektromagnetische Energie des Raumes zugrunde und außerdem das Prinzip:

Explained in One result is borrowed, not rediscovered

[p. 639]Die Gesetze, nach denen sich die Zustände der physikalischen Systeme ändern, sind unabhängig davon, auf welches von zwei relativ zueinander in gleichförmiger Parallel-Translationsbewegung befindlichen Koordinatensystemen diese Zustandsänderungen bezogen werden (Relativitätsprinzip).

Explained in One result is borrowed, not rediscovered

[p. 639]Gestützt auf diese Grundlagen[2)] leitete ich unter anderem das nachfolgende Resultat ab (l. c. § 8):

Explained in One result is borrowed, not rediscovered

[p. 639]Ein System von ebenen Lichtwellen besitze, auf das Koordinatensystem (x,y,z)(x, y, z) bezogen, die Energie ll; die Strahlrichtung (Wellennormale) bilde den Winkel φ\varphi mit der xx-Achse des Systems. Führt man ein neues, gegen das System (x,y,z)(x, y, z) in gleichförmiger Paralleltranslation begriffenes Koordinatensystem (ξ,η,ζ)(\xi, \eta, \zeta) ein, dessen Ursprung sich mit der Geschwindigkeit vv längs der xx-Achse bewegt, so besitzt die genannte Lichtmenge — im System (ξ,η,ζ)(\xi, \eta, \zeta) gemessen — die Energie:l∗=l1−vVcos⁡φ1−(vV)2l^* = l \frac{1 - \frac{v}{V} \cos \varphi}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{V}\right)^2}}Energy of one light pulse, moving frameEnergy of one light pulse, rest frameSigned observer speedSpeed of lightPropagation angle (stationary system)Explain this equation wobei VV die Lichtgeschwindigkeit bedeutet. Von diesem Resultat machen wir im folgenden Gebrauch.

Explained in One result is borrowed, not rediscovered

[p. 640]Es befinde sich nun im System (x,y,z)(x, y, z) ein ruhender Körper, dessen Energie — auf das System (x,y,z)(x, y, z) bezogen — E0E_0 sei. Relativ zu dem wie oben mit der Geschwindigkeit vv bewegten System (ξ,η,ζ)(\xi, \eta, \zeta) sei die Energie des Körpers H0H_0.

Explained in Choose the emission that removes recoil and Two accounts of the same loss

[pp. 640–641]Dieser Körper sende in einer mit der xx-Achse den Winkel φ\varphi bildenden Richtung ebene Lichtwellen von der Energie L/2L/2 (relativ zu (x,y,z)(x, y, z) gemessen) und gleichzeitig eine gleich große Lichtmenge nach der entgegengesetzten Richtung. Hierbei bleibt der Körper in Ruhe in bezug auf das System (x,y,z)(x, y, z). Für diesen Vorgang muß das Energieprinzip gelten und zwar (nach dem Prinzip der Relativität) in bezug auf beide Koordinatensysteme. Nennen wir E1E_1 bez. H1H_1 die Energie des Körpers nach der Lichtaussendung relativ zum System (x,y,z)(x, y, z) bez. (ξ,η,ζ)(\xi, \eta, \zeta) gemessen, so erhalten wir mit Benutzung der oben angegebenen Relation:E0=E1+[L2+L2],E_0 = E_1 + \left[ \frac{L}{2} + \frac{L}{2} \right],Body energy before emission, rest descriptionBody energy after emission, rest descriptionEmitted energy in the body's rest frameExplain this equationH0=H1+[L21−vVcos⁡φ1−(vV)2+L21+vVcos⁡φ1−(vV)2]=H1+L1−(vV)2.\begin{aligned} H_0 &= H_1 + \left[ \frac{L}{2} \frac{1 - \frac{v}{V} \cos \varphi}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{V}\right)^2}} + \frac{L}{2} \frac{1 + \frac{v}{V} \cos \varphi}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{V}\right)^2}} \right] \\ &= H_1 + \frac{L}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{V}\right)^2}}. \end{aligned}Body energy before emission, moving descriptionBody energy after emission, moving descriptionEmitted energy in the body's rest frameSigned observer speedSpeed of lightEmission angleExplain this equation Durch Subtraktion erhält man aus diesen Gleichungen:(H0−E0)−(H1−E1)=L{11−(vV)2−1}.(H_0 - E_0) - (H_1 - E_1) = L \left\{ \frac{1}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{V}\right)^2}} - 1 \right\}.Body energy before emission, moving descriptionBody energy before emission, rest descriptionBody energy after emission, moving descriptionBody energy after emission, rest descriptionEmitted energy in the body's rest frameSigned observer speedSpeed of lightExplain this equation Die beiden in diesem Ausdruck auftretenden Differenzen von der Form H−EH - E haben einfache physikalische Bedeutungen. HH und EE sind Energiewerte desselben Körpers, bezogen auf zwei relativ zueinander bewegte Koordinatensysteme, wobei der Körper in dem einen System (System (x,y,z)(x, y, z)) ruht. Es ist also klar, daß die Differenz H−EH - E sich von der kinetischen Energie KK des Körpers in bezug auf das andere System (System (ξ,η,ζ)(\xi, \eta, \zeta)) nur durch eine additive Konstante CC unterscheiden kann, welche von der Wahl der willkürlichen additiven Konstanten der Energien HH und EE abhängt. Wir können also setzen:H0−E0=K0+C,H1−E1=K1+C,\begin{aligned} H_0 - E_0 &= K_0 + C, \\ H_1 - E_1 &= K_1 + C, \end{aligned}Body energy before emission, moving descriptionBody energy before emission, rest descriptionEnergy of motion before emissionUnchanged additive energy offsetBody energy after emission, moving descriptionBody energy after emission, rest descriptionEnergy of motion after emissionExplain this equation da CC sich während der Lichtaussendung nicht ändert. Wir erhalten also:K0−K1=L{11−(vV)2−1}.K_0 - K_1 = L \left\{ \frac{1}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{V}\right)^2}} - 1 \right\}.Energy of motion before emissionEnergy of motion after emissionEmitted energy in the body's rest frameSigned observer speedSpeed of lightExplain this equation Die kinetische Energie des Körpers in bezug auf (ξ,η,ζ)(\xi, \eta, \zeta) nimmt infolge der Lichtaussendung ab, und zwar um einen von den Qualitäten des Körpers unabhängigen Betrag. Die Differenz K0−K1K_0 - K_1 hängt ferner von der Geschwindigkeit ebenso ab wie die kinetische Energie des Elektrons (l. c. § 10).

Explained in Choose the emission that removes recoil, Two accounts of the same loss, Subtract what you cannot measure and The premise that the subtraction needs

[p. 641]Unter Vernachlässigung von Größen vierter und höherer Ordnung können wir setzen:K0−K1=LV2v22.K_0 - K_1 = \frac{L}{V^2} \frac{v^2}{2}.Energy of motion before emissionEnergy of motion after emissionEmitted energy in the body's rest frameSpeed of lightSigned observer speedExplain this equation Aus dieser Gleichung folgt unmittelbar:

Explained in Read the slow-speed coefficient

[p. 641]Gibt ein Körper die Energie LL in Form von Strahlung ab, so verkleinert sich seine Masse um L/V2L/V^2. Hierbei ist es offenbar unwesentlich, daß die dem Körper entzogene Energie gerade in Energie der Strahlung übergeht, so daß wir zu der allgemeineren Folgerung geführt werden:

Explained in A decrease, a signed change, and a conversion

[p. 641]Die Masse eines Körpers ist ein Maß für dessen Energieinhalt; ändert sich die Energie um LL, so ändert sich die Masse in demselben Sinne um L/9⋅1020L/9 \cdot 10^{20}, wenn die Energie in Erg und die Masse in Grammen gemessen wird.

Explained in A decrease, a signed change, and a conversion

[p. 641]Es ist nicht ausgeschlossen, daß bei Körpern, deren Energieinhalt in hohem Maße veränderlich ist (z. B. bei den Radiumsalzen), eine Prüfung der Theorie gelingen wird.

Explained in The light has left the body, not vanished

[p. 641]Wenn die Theorie den Tatsachen entspricht, so überträgt die Strahlung Trägheit zwischen den emittierenden und absorbierenden Körpern.

Explained in The light has left the body, not vanished

[p. 641]
Bern, September 1905.
[p. 641]
(Eingegangen 27. September 1905.)

Fußnoten

  1. Explained in One result is borrowed, not rediscovered

  2. 2) Das dort benutzte Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist natürlich in den Maxwellschen Gleichungen enthalten. ↩

    Explained in One result is borrowed, not rediscovered

Page 639 as printed in Annalen der Physik, volume 18.
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