E=mc^2 und die Frage nach der Schwerelosigkeit

Autorin Naike Juchem

Heute Nachmittag startete eine weitere Langzeitbesatzung (für 150 Tage) auf zur ISS. Der Start erfolgte am Mittag vom Kennedy Space Center in Florida, USA

Die US-Astronautin Nicole Mann und ihr Kollege Josh Cassada, sowie die Russin Anna Kikina und der Japaner Kochi Wakata lösen die aktuelle Crew auf der ISS ab. Die neue Crew wird unter anderem die aktuelle Kommandantin Samantha Cristoforetti ablösen.

Was hat dies nun mit E=mc^2 zutun?
Um dies zu erklären, muss ich etwas weiter ausholen.

Die Formel  E=mc^2 ist die wohl berühmteste Formel der Physik und stammt von Albert Einstein.
Was sagt uns eigentlich diese Formel?
E – steht für die Energie
m – steht für Masse und
c – für Lichtgeschwindigkeit – also für 300. 000 km/s

Das Raumschiff der „Spaceballs“ verfügte darüber hinaus noch über verschiedene
andere Geschwindigkeiten. Es gab zum einen die „Warp“, die oberhalb der Lichtgeschwindigkeit lag. Die von Lord Helmchen angezweifelte lächerliche Geschwindigkeit und dann die „ludicrous speed“ – also wahnsinnige 
Geschwindigkeit. Da für die ludicrous speed keine wissenschaftlichen Daten über km/s vorliegen, bleibe ich bei der offiziellen und anerkannten c- Geschwindigkeit.

Um nun noch auf die Formel E=mc^2 einzugehen, erkläre ich diese kurz.
Die Formel beschreibt die Energie-Masse-Äquivalenz. Also dass Masse und Energie ineinander umgewandelt werden können. Durch den hohen Wert der Lichtgeschwindigkeit c werden schon bei der Umwandlung geringer Massen enorme Energiemengen frei, gleiches wie zum Beispiel bei einer atomaren Bombe.

Newtons Philosophia Naturalis Principia Mathematica

Was hat dies nun mit der Schwerelosigkeit zu tun? Eine Schwerelosigkeit in dem Sinn, wie sie diese 1666 der 23-jährige Isaac Newton machte und später in seiner Philosophia Naturalis Principia Mathematica darlegte, ist nur bedingt richtig, weil wir im gesamten Universum eine Gravitation haben.

Newton hatte zwar erkannt, dass es sich beim Apfel und dem Mond um das gleiche Prinzip handelt, welches den Apfel zu Boden fallen lies und den Trabanten in seiner Umlaufbahn hält. Nämlich dass sich alle Körper anziehen. Dies fällt aber erst bei einer kosmische Größe der Masse auf. Je größer die Masse eines Körpers, desto größer seine Anziehungskraft. Also die bekannte Schwerkraft oder Gravitation.
Unsere Erde hat eine sechs Mal höhere Schwerkraft als der Mond. Dass der Mond aber nur ein kleiner Planet ist, und somit nicht auf die Erde fällt, liegt einzig an der Geschwindigkeit mit der er den Planeten Erde umrundet. Die physikalischen
Fliehkräfte stehen im gleichen Maß zu der Schwerkraft.

Schwerelosigkeit gibt es doch

Dieses Paradoxon erkläre ich nun, an einem simplen Beispiel. Wenn man zwei Magnete voneinander entfernt, hat man irgendwann einen Punkt erreicht, wo man die Kraft E zu der Masse m überwindet, und diesen gleichen Punkt haben wir zwischen der Erde und Mond auch.
Mit der folgenden Formel kann man diesen Punkt errechnen, wo man schwerelos wäre, wenn man die Gravitation der Sonne, Erde, Mond und den anderen Planeten vernachlässigen würde.

mE=5,98⋅10,24kg
mM=7,36⋅10,22 kg und rEM = 60⋅rE
EM=60⋅rE.

Schwerelos auf der ISS

Warum schweben die Astronauten auf der ISS, wenn es keine Schwerelosigkeit gibt?

Die ISS umrundet die Erde in „nur“ 400 Kilometer höhe. Dort ist die Erdanziehungskraft immer noch bei 90% und trotzdem schweben die Astronaut_innen an der Decke.
Ich habe beim betreten der Zimmer meiner Kinder öfters gleiches Gefühl.

Die ISS „fliegt“ mit einer Geschwindigkeit von 28.800 Kilometer pro Stunde um unseren Planeten und braucht für eine Umrundung gerade mal 90 Minuten.

Durch diese Geschwindigkeit die nach vorne geht und die permanente Anziehungskraft der Erde, ist die ISS quasi ständig am fallen und so kommt diese künstliche Schwerelosigkeit zustande.

Anmerkung: Da es unter den Bewohner des Planeten Erde auch sogenannte „Flacherdler“ gibt, möchte ich jenen Zeitzeugen fehlender Intelligenz eines mit auf den Weg geben: es ist physikalisch NICHT möglich eine Gravitation von etwas zubekommen, dass keinen (Erd-) Mittelpunkt hat.

Naike Juchem, 5. Oktober 2022