Kaufmann-Bucherer-Neumann-Experimente


Relativitätstheorie


Basiswissen


Sehr schnelle Ladungen, etwa Elektronen mit 90 % der Lichgtgeschwindigkeit werden von elektrischen oder magnetischen Feldern weniger stark abgelenkt, als man nach der klassischen newtonschen Physik erwarten würde. Der Grund dahinter ist die sogenannte relativistische Masser oder der relativistische Impuls. Die Kaufmann-Bucherer-Neumann-Experimente bestätigten Einsteins Formelwerk. Das ist hier kurz erläutert.

Grundidee und Kernaussage


Bereits seit dem Jahr 1881 - 24 Jahre vor Einsteins erster Veröffentlichung zur Relativitätstheorie - wurde die Masse bewegeter elektrischer Ladungen untersucht. Man hatte dabei festgestellt, dass sich die Masse scheinbar mit der Geschwindigkeit erhöht. Die Grundiee dazu war: schießt man eine Ladung durch ein elektrisches oder magnetisches Feld, wird es von diesem abgelenkt. Je größer aber die Masse im Verhältnis zur Ladungsmenge ist, desto geringer ist die Ablenkung. Der Grund dafür ist die Massenträgheit. Es konnte aber schon früh gezeigt werden, dass höhere Geschwindigkeiten weit stärker ins Gewicht fallen als es die klassische newtonsche Mechanik erlauben würde. Die gemessenen Werte passen aber sehr gut auf das Formelwerk von Einsteins spezieller Relativitästheorie. Die unerwartet große Masse nannte man dort => relativistische Masse

Die Enstehung einer wissenschaftlichen Tatsache


Die Literaturliste unten zeigt eindrucksvoll, über welchen langen Zeitraum hinweg verschiedenste Wissenschaftler an dem Thema der relativistischen Masse von Ladungen arbeiteten. Noch über 100 Jahre nach Einsteins erster Veröffentlichungen wird aktiv debattiert, ob der Begriff einer relativistischen Masse das Phänomen gut beschreibt. Wie sehr Wissenschaft ein kollektives und soziales Unternehmen ist legte der Pole Ludwik Fleck detailliert dar in seinem Buch => Entstehung und Entwicklung einer wissenschaftlichen Tatsache

Literatur


◦ [1] J. J. Thomson: On the Electric and Magnetic Effects produced by the Motion of Electrified Bodies. In: Philosophical Magazine. 11, Nr. 68, 1881, S. 229–249. [elektromagnetische Masse]
◦ [2] G. F. C. Searle: On the Steady Motion of an Electrified Ellipsoid. In: Philosophical Magazine. 44, Nr. 269, 1897, S. 329–341.
◦ [3] H. A. Lorentz: Über die scheinbare Masse der Ionen. In: Physikalische Zeitschrift. 2, Nr. 5, 1900, S. 78–80.
◦ [4] W. Kaufmann: Die magnetische und elektrische Ablenkbarkeit der Bequerelstrahlen und die scheinbare Masse der Elektronen. In: Göttinger Nachrichten. Nr. 2, 1901, S. 143–168.
◦ [5] W. Kaufmann: Über die elektromagnetische Masse des Elektrons. In: Göttinger Nachrichten. Nr. 5, 1902, S. 291–296.
◦ [6] W. Kaufmann: Die elektromagnetische Masse des Elektrons. In: Physikalische Zeitschrift. 4, Nr. 1b, 1902, S. 54–56.
◦ [7] W. Kaufmann: Über die "Elektromagnetische Masse" der Elektronen. In: Göttinger Nachrichten. Nr. 3, 1903, S. 90–103.
◦ [8] H. Starke: Über die elektrische und magnetische Ablenkung schneller Kathodenstrahlen. In: Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Nr. 13, 1903, S. 241–250.
◦ [9] M. Abraham: Dynamik des Electrons. In: Göttinger Nachrichten. 1902, S. 20–41.
◦ [10] M. Abraham: Prinzipien der Dynamik des Elektrons. In: Physikalische Zeitschrift. 4, Nr. 1b, 1902, S. 57–62.
◦ [11] M. Abraham: Prinzipien der Dynamik des Elektrons. In: Annalen der Physik. 10, 1903, S. 105–179.
◦ [12] Hendrik Antoon Lorentz: Das Relativitätsprinzip. Eine Sammlung von Abhandlungen (1913). 1904, Elektromagnetische Erscheinungen in einem System, das sich mit beliebiger, die des Lichtes nicht erreichender Geschwindigkeit bewegt, S. 6–26 (englisch).
◦ [13] Henri Poincaré: Sur la dynamique de l’électron. In: Rendiconti del Circolo matematico di Palermo. 21, S. 129–176. Siehe auch deutsche Übersetzung.
◦ [14] A. H. Bucherer: Mathematische Einführung in die Elektronentheorie. Teubner, Leipzig 1904, S. 57.
◦ [15] Albert Einstein: Zur Elektrodynamik bewegter Körper. In: Annalen der Physik. 322, Nr. 10, 1905, S. 891–921. doi:10.1002/andp.19053221004.
◦ [16] Walter Kaufmann: Über die Konstitution des Elektrons. In: Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften. 45, 1905, S. 949–956.
◦ [17] Walter Kaufmann: Über die Konstitution des Elektrons. In: Annalen der Physik. 324, Nr. 3, 1906, S. 487–553.
◦ [18] Max Planck: Die Kaufmannschen Messungen der Ablenkbarkeit der β-Strahlen in ihrer Bedeutung für die Dynamik der Elektronen. In: Physikalische Zeitschrift. 7, 1906, S. 753–761.
◦ [19] M. Planck: Nachtrag zu der Besprechung der Kaufmannschen Ablenkungsmessungen. In: Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Band 9, Nr. 14, 1907, S. 301–305.
◦ [20] Albert Einstein: Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen. In: Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik. 4, 1908, S. 411–462.
◦ [21] A. Bestelmeyer: Spezifische Ladung und Geschwindigkeit der durch Röntgenstrahlen erzeugten Kathodenstrahlen. In: Annalen der Physik. 327, Nr. 3, 1907, S. 429–447. doi:10.1002/andp.19073270303.
◦ [22] A. H. Bucherer: Messungen an Becquerelstrahlen. Die experimentelle Bestätigung der Lorentz-Einsteinschen Theorie. In: Physikalische Zeitschrift. 9, Nr. 22, 1908, S. 755–762.
◦ [23] A. H. Bucherer: Die experimentelle Bestätigung des Relativitätsprinzips. In: Annalen der Physik. 333, Nr. 3, 1909, S. 513–536. doi:10.1002/andp.19093330305.
◦ [24] Kurt Wolz: Die Bestimmung von e/m0. In: Annalen der Physik. 335, Nr. 12, 1909, S. 273–288. doi:10.1002/andp.19093351206.
◦ [25] A. H. Bestelmeyer: Bemerkungen zu der Abhandlung Hrn. A. H. Bucherers: Die experimentelle Bestätigung des Relativitätsprinzips. In: Annalen der Physik. 335, Nr. 11, 1909, S. 166–174. doi:10.1002/andp.19093351105.
◦ [26] A. H. Bucherer: Antwort auf die Kritik des Hrn. E. Bestelmeyer bezüglich meiner experimentellen Bestätigung des Relativitätsprinzips. In: Annalen der Physik. 335, Nr. 11, 1909, S. 974–986. doi:10.1002/andp.19093351506.
◦ [27] A. H. Bestelmeyer: Erwiderung auf die Antwort des Hrn. A. H. Bucherer. In: Annalen der Physik. 337, Nr. 6, 1910, S. 231–235. doi:10.1002/andp.19103370609.
◦ [28] A. H. Bucherer: Erwiderung auf die Bemerkungen des Hrn. A. Bestelmeyer. In: Annalen der Physik. 338, Nr. 14, 1910, S. 853–856. doi:10.1002/andp.19103381414.
◦ [29] E. Hupka: Beitrag zur Kenntnis der trägen Masse bewegter Elektronen. In: Annalen der Physik. 336, Nr. 1, 1910, S. 169–204. bibcode:1909AnP...336..169H. doi:10.1002/andp.19093360109.
◦ [30] W. Heil: Diskussion der Versuche über die träge Masse bewegter Elektronen. In: Annalen der Physik. 336, Nr. 3, 1910, S. 519–546. bibcode:1910AnP...336..519H. doi:10.1002/andp.19103360305.
◦ [31] E. Hupka: Zur Frage der trägen Masse bewegter Elektronen. In: Annalen der Physik. 338, Nr. 12, 1910, S. 400–402. bibcode:1910AnP...336..519H. doi:10.1002/andp.19103360305.
◦ [32] W. Heil: Zur Diskussion der Hupkaschen Versuche über die träge Masse bewegter Elektronen. In: Annalen der Physik. 338, Nr. 12, 1910, S. 403–413. bibcode:1910AnP...338..403H. doi:10.1002/andp.19103381210.
◦ [33] Günther Neumann: Die träge Masse schnell bewegter Elektronen. In: Annalen der Physik. 350, Nr. 20, 1914, S. 529–579. bibcode:1914AnP...350..529N. doi:10.1002/andp.19143502005.
◦ [34] C. E. Guye, C. Lavanchy: Vérification expérimentale de la formule de Lorentz-Einstein par les rayons cathodiques de grande vitesse. In: Compt. Rend. Acad. Sci.. 161, 1915, S. 52–55.
◦ [35] C. E. Guye, C. Lavanchy: Vérification expérimentale de la formule de Lorentz-Einstein par les rayons cathodiques de grande vitesse. In: Archives des sciences physiques et naturelles. 42, 1915, S. 286ff.
◦ [36] C. T. Zahn, A. A. Spees: A Critical Analysis of the Classical Experiments on the Variation of Electron Mass. In: Physical Review. 53, 1938, S. 511–521. bibcode:1938PhRv...53..511Z. doi:10.1103/PhysRev.53.511.
◦ [37] P. S. Faragó, L. Jánossy: Review of the experimental evidence for the law of variation of the electron mass with velocity. In: Il Nuovo Cimento. 5, Nr. 6, 1957, S. 379–383. doi:10.1007/BF02856033.
◦ [38] Karl Glitscher: Spektroskopischer Vergleich zwischen den Theorien des starren und des deformierbaren Elektrons. In: Annalen der Physik. 357, Nr. 6, 1917, S. 608–630. doi:10.1002/andp.19173570603.
◦ [39] M. M. Rogers et al.: A Determination of the Masses and Velocities of Three Radium B Beta-Particles. In: Physical Review. 57, 1940, S. 379–383. doi:10.1103/PhysRev.57.379.