Die "Bindungsenergie" gebundener Teilchen fügt Masse hinzu?

Ein gebundenes System wird in der Tat eine geringere Masse haben als seine freien Bestandteile. Unter Bindungsenergie wird üblicherweise die Energie verstanden, die nötig wäre, um das gebundene System in freie Bestandteile zu trennen. Dann würden wir sagen$M_{tot} = M_1 + M_2 - E_{bind}/c^2$Oder wir könnten die Bindungsenergie per Konvention zu einer negativen Zahl machen und sagen, dass sie die Masse um einen negativen Betrag "erhöht". Ich denke, die Leute sprechen ein wenig locker, was die Verwirrung verursacht.

Wenn wir von einem Kern sprechen, dann ist es aufgrund der Farbbeschränkung unmöglich, die Bestandteile (Quarks) in unabhängige freie Teilchen zu trennen, daher ist das, was wir in diesem Fall die "Bindungsenergie" nennen, nicht so klar.

Vielleicht ist eine einfachere Möglichkeit zu sehen, was vor sich geht, den gebundenen Zustand zu betrachten. Was müssen Sie tun, um es auseinander zu nehmen?

Da es gebunden ist, bedeutet das Trennen der Komponenten, dass Sie gegen ein Potenzial arbeiten müssen. Diese Arbeit ist Energie, die Sie dem System hinzufügen. Wenn Sie also die Teilchen trennen, steigt ihre Energie und damit auch ihre Masse.

Ich bin davon überzeugt, dass zumindest bei einer exothermen chemischen Reaktion (bei der die Produktbindungsenergien größer sind) die Partikel des Produkts an Masse verlieren (proportional zur abgegebenen Wärme) oder zumindest keine Änderung aufweisen.

Es wäre hilfreich, eine explizitere Reaktion zu haben, z$A\Rightarrow B+C+energy$, weil es sonst schwierig ist, zu definieren, um welche Art von Energie es sich handelt, und dann festzustellen, ob sie im System verbleibt oder nicht. In dem Beispiel, das ich präsentiere, ist es wahr, dass$m_A>m_B+m_C$. Das ist einfach genug und ich denke, alle werden dem zustimmen. Wenn Sie nun einen chemischen Reaktor betrachten (wo die Massenänderung ohnehin gering ist), dann manifestiert sich Energie als kinetische Energie$B$Und$C$wird noch als Teil des Gewichts des Gesamtsystems gemessen, bis die Wärmeenergie abgeführt ist.

Ein System, das eine exotherme Reaktion durchläuft und dann die freigesetzte Energie (durch Emission oder Leitung) ausstößt, hat eine geringere Masse.

Um eine größere Analogie zu verwenden: Wenn sich ein Objekt, ein „Partikel“, 100 m über der Erdoberfläche befindet, hat es potenzielle Energie aus der Schwerkraft. Beim Fallen geht diese Energie verloren und wird in KE umgewandelt. Beim Fallen geht diese Energie verloren und wird in KE umgewandelt. Insgesamt haben die beiden „Teilchen“, das Objekt und die Erde, am Ende die Gesamtenergie und damit die gleiche Gesamtmasse. Da ist kein Platz für eine „bindende Energie“, die Masse hinzufügt.

Ah ha! Sie haben ein Argument für die Photonenemission aus quantenmechanischen Zustandsübergängen entdeckt.

Ihr Beispiel erscheint gerade deshalb unsinnig, weil es keinen offensichtlichen Weg für die freigesetzte Energie gibt, das System zu verlassen. Sie wird als thermische Energie dissipiert und die Gesamtmasse des Systems bleibt konstant (obwohl thermische Energie sowieso einen vernachlässigbaren Anteil beiträgt). Im Fall von Elementarteilchen muss Energie erhalten bleiben und es gibt kein offensichtliches Analogon für eine Kraft wie Reibung. In diesen Fällen, in denen die QM-Physik regiert, sind Übergänge erlaubt (Kern angeregte Zustände, Elektronenorbitalübergänge) durch die Freisetzung von Energie durch Photonenemission.

Bindungsenergie ist im Allgemeinen negativ

Ich hoffe, es ist offensichtlich, dass das System von Ihnen + der Erde tatsächlich Bindungsenergie hat. Dies würde einen sehr kleinen Massenunterschied zwischen den beiden von Ihnen besprochenen Zuständen erklären, vorausgesetzt, alles andere ist gleich (und alles andere ist eindeutig nicht gleich). Aber im Allgemeinen werden neue Teilchen am häufigsten durch exotherme Reaktionen gebildet (hier gelten die Argumente des 2. Thermogesetzes), und bei all diesen Reaktionen verlässt Energie das System, vorausgesetzt, Sie beginnen mit allem in Ruhe und enden mit allem in Ruhe und tun es nicht erschweren Sie es mit Dingen wie thermischer Energie. Das bedeutet, dass die Massenänderung negativ sein wird. Im Laufe der Zeit sieht das Universum gerne zu, wie diese Systeme Ruhemasse verlieren und diese Energie durch Photonenemission mit hoher Entropie zerstreuen.

Das bedeutet, dass die Erde im Moment leichter ist, als alle ihre Bestandteile wären, wenn sie im Weltraum verstreut bleiben würden. Dies ist bei den meisten Dingen im Universum der Fall.

Energietechnisch funktioniert alles gut, wenn Sie sich dafür entscheiden, Energie mit Masse zu identifizieren. Was verwirrend ist, ist die Identität der Teilchen. Masse ist eine Identität, und wenn du das änderst, hast du die Identität geändert. Beginnen Sie also mit einem Elektron und einem Proton, kombinieren Sie sie und ja, Sie erhalten eine kleinere Masse, aber was ist die Identität der neuen Kreatur. Es kann nicht mehr ein Elektron und ein Proton sein. Das atomare Bild zweier getrennter Teilchen derselben Identität wie die Initialen ergibt überhaupt keinen Sinn.