Benötigt (Masse →→\rightarrow reine Energie) Umwandlung sowohl Materie als auch Antimaterie?

Eine Frage in meinem Revisionsleitfaden:

"Erklären Sie, warum die Masse eines Baumes nicht direkt in Energie umgewandelt werden kann."

Die Antwort erklärt, dass der Baum Teilchen enthält, aber nicht die entsprechenden Antiteilchen, sodass die Teilchen nicht vernichten können, um Energie zu erzeugen.

Es stellt sich die Frage: Braucht man immer Materie und Antimaterie, um Energie zu erzeugen, oder kann Energie allein aus Materie entstehen?

Hinweis: Wenn Sie Gleichungen verwenden, würde ich eine intuitive Erklärung daneben sehr schätzen, da ich mich nur mit AP-Physik befasse und noch nicht alle "höheren Physik" -Sachen verstehe.

Sie "erzeugen keine Energie" (oder "wandeln Masse in Energie um"), wenn Sie Materie und Antimaterie vernichten, Sie wandeln die in den Teilchen gebundene Energie in andere in Teilchen gebundene Energie um, hauptsächlich Lichtphotonen. Die Frage muss implizit bedeuten, warum Sie die Masse eines Baums nicht "direkt" in Photonen umwandeln können (was an Erhaltungssätzen liegt), aber es ist eine ungenaue und nicht sehr gut gestellte Frage.
@ACuriousMind: "Sie "erzeugen keine Energie" (oder "wandeln Masse in Energie um"), wenn Sie Materie und Antimaterie vernichten." Aber in dem Buch heißt es, dass Masse in Energie umgewandelt werden kann und Sie die Energie verwenden können E = M C 2 . Warum gilt diese Gleichung hier nicht? Danke!
Um den Kommentar von @ACuriousMind zu verstärken, Masse ist nichts anderes als Energie, es ist eine Art Energie, genauso wie kinetische und potentielle Energie. Aber das ist eine endgültig gezogene Unterscheidung, die Einführungsbücher oft ignorieren oder schlecht handhaben. Für den Unterricht müssen Sie wissen, was die erwartete Antwort ist.
@dmckee: Danke, ich glaube, ich fange an, es zu verstehen. So E = M C 2 sagt das nur in einer Gleichung?
Radioaktiver Zerfall, Kernfusion und Kernspaltung können ohne Antimaterie Masse in Energie umwandeln
@ACuriousJim: Wenn ich also die Frage wie angegeben beantworten würde, könnte ich technisch sagen, Kernfusion zitieren und richtig sein? Aber wenn da "Massenenergie" stand, könnte ich das nicht machen, oder? Danke
Das Problem ist, dass Sie nicht die gesamte Massenenergie in masselose Energie umwandeln können (wie @ACuriousMind klar erklärt). Die schlecht formulierte Frage ist also offen für Interpretationen ...

Antworten (3)

Wenn ein radioaktives Element zerfällt, wird ein Teil seiner Masse in Energie umgewandelt – Antimaterie ist nirgendwo offensichtlich notwendig. Stattdessen wird die Energie freigesetzt, da die Bindungsenergie der Summe der Fragmente möglicherweise höher ist als die des Mutterkerns.

Um jedoch Materie vollständig in Energie umzuwandeln, benötigt man das Antiteilchen. Andernfalls stoßen Sie auf Erhaltungsgesetze, die Ihnen beispielsweise sagen, dass sich die Baryonenzahl nicht ändern kann. Wenn Sie mit einem geladenen Teilchen beginnen, können Sie seine Masse nicht loswerden, ohne auch seine Ladung loszuwerden.

Ich werde die Teilchenphysiker auf dieser Seite eingreifen lassen und jetzt eine maßgeblichere Antwort geben ...

Energie wird niemals erzeugt oder zerstört, und zu sagen "X wird in Energie umgewandelt" ist einfach bedeutungslos. Wir wandeln keine Dinge, die sich von Energie unterscheiden, in Energie um, alles, was wir jemals tun, ist, eine Energieform in eine andere umzuwandeln.

Die schlecht gestellte Frage aus Ihrem Buch zielt wahrscheinlich darauf ab, warum wir die Massenenergie , die irgendein Stück Materie enthält, nicht wie folgt umwandeln können E = M C 2 ohne Antimaterie in andere Energieformen umzuwandeln.

Die Antwort ist, dass wir einen Prozess durchführen müssten, an dessen Ende masselose Teilchen entstehen, sodass keine (oder zumindest weniger) Massenenergie übrig bleibt. Masselose Teilchen bedeuten im Grunde genommen Photonen, und um ein Photon von einem Elektron zu erhalten, müssen Sie ein Positron liefern - die Erhaltungssätze für Ladung, Spin usw. bedeuten, dass Sie etwas brauchen, das alle Erhaltungsgrößen des Elektrons genau aufhebt ( da ein Photon in Bezug auf die meisten Erhaltungssätze neutral ist).

Danke ich glaube ich habe es jetzt verstanden. Ich habe eine verwandte Frage: Wären alle am Ende erzeugten Photonen Gamma- Photonen? (Entschuldigung, wenn dies eine schlecht gestellte Frage ist)
@ user45220 - "Gamma" -Photon ist ein Begriff, der manchmal verwendet wird, um ein Photon zu beschreiben, das als direktes Ergebnis einer nuklearen Wechselwirkung erzeugt wurde. Sie sind eigentlich in keiner Weise von "irgendeinem anderen" Photon zu unterscheiden. Wenn wir über die Vernichtung eines Positrons und eines Elektrons sprechen, neigen die Leute dazu zu sagen, dass die resultierenden 511-keV-Photonen keine Gammastrahlen sind, sondern nur "Vernichtungsphotonen".
@Floris: Danke! Wäre es in Bezug auf den letzten Teil immer noch richtig, sie Gammastrahlen zu nennen?
Wenn die Definition von "Gammastrahlung" durchdringende elektromagnetische Strahlung ist, wie sie beim radioaktiven Zerfall von Atomkernen entsteht (Google), dann nein - denn Vernichtung ist nicht dasselbe wie radioaktiver Zerfall eines Atomkerns. Aber wenn Sie die dritte Definition bei dictionary.reference.com nehmen, "elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen, die kürzer als ungefähr ein Zehntel Nanometer sind". Die Antwort ist ja".

Erklären Sie, warum die Masse eines Baumes nicht direkt in Energie umgewandelt werden kann.

Das ist knifflig, denn es könnte sich herausstellen, dass es möglich ist , Materie allein in Energie umzuwandeln. Floris hat dies mit radioaktivem Zerfall angedeutet, aber es gibt möglicherweise andere Methoden wie das Schmelzen von Hadronen in einem Quark-Gluon-Plasma (QGP), siehe zum Beispiel diesen Bericht . Das Interessante daran ist, dass das Quark-Gluon-Plasma so etwas wie Erbsensuppe ist. Und in der Erbsensuppe sind keine Erbsen. Siehe Wikipedia , wo Sie lesen können, dass die Gluonen in gewöhnlichen Hadronen virtuell sind. Es gibt keine echten Gluonen in einem QGP. Bei den Quarks ist es wohl dasselbe. Erst dann wird es squiffy, denn der QGP ist angeblich ein perfektes Superfluid, ähnlich einem BEC , das den eher rätselhaften Bosenova enthält. Puh! Gegangen! Dies könnte sich als "Betrüger" herausstellen, der alle Naturschutzgesetze mit Füßen tritt. Ein weiterer möglicher Cheat besteht darin, Ihren Baum in ein schwarzes Loch zu werfen, wobei Friedwardt Winterbergs Firewall bedeutet, dass er sich in einen Gammastrahlenausbruch verwandelt . Dies kann orthogonale Photonen und / oder Neutrinos beinhalten, aber ich kann keine Hinweise darauf geben. Alles in allem, ja, es gibt Gesetze, aber Gesetze werden gebrochen. Wo ein Wille ist, ist auch ein Weg, und der wissenschaftliche Fortschritt schreibt das Gesetz neu.

Braucht man immer Materie und Antimaterie, um Energie zu erzeugen, oder kann Energie allein aus Materie erzeugt werden?

Wie ACuriousMind sagte, wird Energie weder erzeugt noch zerstört. Das ist das Gesetz . Ich kenne keine Möglichkeit, dieses Energieerhaltungsgesetz zu brechen. Es ist einfach das wichtigste Gesetz, das es gibt. Aber ob der Urknall illegal war, weiß ich einfach nicht.

Benötigt (Masse →→\rightarrow reine Energie) Umwandlung sowohl Materie als auch Antimaterie?
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