Aufgrund der Energie-Masse-Äquivalenz kann man sagen, dass jedes Objekt mit Masse eine entsprechende Energiemenge hat.
In einem 5-kg-Objekt befinden sich also 450.000.000.000 Joule.
Ein Joule, wie ich es verstehe, ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten oder Kraft anzuwenden, auch bekannt als Energie.
Aber ich habe Mühe zu verstehen, wo genau die potenzielle Energie in Masse gespeichert ist.
Ich kann mir das klassische Beispiel eines Balls auf einer Plattform in der Luft vorstellen, der das Gravitationspotential darstellt, denn wenn die Plattform entfernt wird, fällt der Ball.
Aber ich verstehe nicht, wie man Kraft auf atomarer Ebene messen oder definieren könnte.
Ist es eine Funktion der Kraftvektoren, die von fundamentalen Kräften auf alle Teilchen im System ausgeübt werden?
Wenn zum Beispiel die starke Kernkraft nicht wäre, würden Elektronen in den Kern krachen, weil zwischen Protonen und Elektronen eine anziehende elektromagnetische Kraft besteht. Zählt also der Kraftvektor des Elektrons, das zum Kern gezogen wird, als potentielle Energie, die ein Atom hat?
Aber ich habe Mühe zu verstehen, wo genau die potenzielle Energie in Masse gespeichert ist.
Es liegt maßgeblich an der Bindungsenergie der Protonen und Neutronen in der Materie. Dies stellt den überwiegenden Teil der Ruhemasse der Nukleonen dar. Die Elementarteilchen haben aber auch selbst eine nicht zu vernachlässigende Ruhemasse. Das gilt für die Quarks, aus denen die Nukleonen bestehen, und auch für Elektronen. Sie sind klein im Vergleich zur Gesamtmasse, liegen aber in der groben Größenordnung von 0,1 oder 1 %.
Auch der Kern selbst weist aufgrund der relativen Energieunterschiede verschiedener Atome eine erhebliche Anpassung dieser Zahl auf. Leichte Elemente setzen Energie frei, indem sie größere Atome bilden (Fusion), und sehr schwere Atome setzen Energie frei, indem sie sich in kleinere spalten (Spaltung). Diese alle wirken sich auf die gesamte „Masse“ aus, wie wir sie gewöhnlich bezeichnen.
Materie ist außerordentlich stabil. Auch die chemischen Bindungen um uns herum sind größtenteils unveränderlich, sonst würden Sie nie etwas im Laden kaufen! Aufgrund dieser willkürlichen (manche sagen vielleicht „anthropischen“) Eigenschaft des Universums haben wir eine sehr gut definierte Teilchenkonfiguration, mit der wir uns auf die „Ruhemasse“ beziehen können, die mit verschiedenen Methoden leicht messbar ist.
Ich kann mir das klassische Beispiel eines Balls auf einer Plattform in der Luft vorstellen, der das Gravitationspotential darstellt, denn wenn die Plattform entfernt wird, fällt der Ball.
Sie sollten wissen, dass der Übergang vernachlässigbar ist. Wenn der Ball fällt, wird die Energie in thermische Energie umgewandelt, sodass Außerirdische aufgrund dieses Prozesses keine Änderung der Erdmasse messen würden, selbst wenn sie die absurd genauen Messungen dazu hätten. Im Laufe der Zeit wird thermische Energie in den Weltraum abgestrahlt.
Jupiters Wärmestrahlung ist zu einem großen Teil auf den Gravitationskollaps zurückzuführen. Ein weiterer wesentlicher Teil stammt aus der Absorption von Licht von der Sonne. Die Erde ist viel näher an der Sonne, daher stammt der größte Teil der dynamischen Energie hier aus Sonnenenergie. Ein schurkischer Gasplanet ohne einen nahen Stern hat nur eine Temperatur aufgrund des langsamen Prozesses der Freisetzung von Gravitationsenergie, des atomaren Zerfalls und der unglaublich niedrigen Temperatur des Weltraums.
Aber ich verstehe nicht, wie man Kraft auf atomarer Ebene messen oder definieren kann.
Ist es eine Funktion der Kraftvektoren, die von fundamentalen Kräften auf alle Teilchen im System ausgeübt werden?
Wenn zum Beispiel die starke Kernkraft nicht vorhanden wäre, würden Elektronen in den Kern krachen, weil zwischen Protonen und Elektronen eine anziehende elektromagnetische Kraft existiert. Zählt also der Kraftvektor des Elektrons, das zum Kern gezogen wird, als potentielle Energie, die ein Atom hat?
Bis zu diesem Punkt haben Sie nichts über Gewalt gesagt. Es lenkt dich hier ab.
Viel wichtiger ist das Potenzial. In der Hypothese der Gravitationsenergie bildet der Trennungsabstand (1-zu-1) das Gravitationspotential ab. Gravitationspotential mal Masse gleich Energie, genauso wie elektrisches Potential mal Ladung gleich Energie ist. Das ist der Nutzen des „potenziellen“ Konzepts. Potenzial (im Gravitationsbeispiel) ist Kraft x Entfernung, was Ihnen bei der Disposition in Bezug auf Kraft helfen könnte.
Der Kraftvektor ist für das von Ihnen gewählte Beispiel und für das, von dem ich spreche, größtenteils irrelevant. Man könnte sagen, dass Kraft x Weg meistens gleich der Ruhemasse ist. Dies liegt daran, dass 1) Ruhemasse hauptsächlich Energie bindet und 2) Potenzial Kraft mal Weg ist. Aber mit Quarks wird es kompliziert.
Tatsächlich habe ich mein Bestes versucht, um zu vermeiden, über Quarks zu sprechen, weil sie durch die Erhaltung der Farbladung verwirrt sind. Das macht es schwierig zu definieren, was ein Proton von Anfang an ist , denn man kann nicht einfach seine Quarks nehmen und sie isolieren! Das ist schwierig. Dennoch lässt sich das Konzept der Ruhemasse auch Anfängern auf anschauliche Weise vermitteln. Das Universum hat Elementarteilchen, zu denen Quarks und Elektronen gehören. Diese haben Ruhemasse aufgrund von Feldanregungen, die durch die Quantenfeldtheorie detailliert beschrieben werden. Die Ruhemasse atomarer Materie ist jedoch hauptsächlich auf die Proton/Neutron-Bindungsenergie zurückzuführen.
In einem 5-kg-Objekt befinden sich also 450.000.000.000 Joule.
Oh, lassen Sie mich zurückkommen, um darauf zu antworten. Diese Masse können wir derzeit nicht in Energie umwandeln. Aber im kosmischen Sinne gibt es keine Energie oder Masse, nur Materie-Energie.
Kleine Schwarze Löcher könnten theoretisch ein Kraftwerk sein, indem sie mit Atomen gefüttert werden und Hawking-Strahlung aussenden. Abhängig von den spezifischen Parametern könnte diese Strahlung hauptsächlich aus masselosen Photonen bestehen. Photonen tragen immer noch Energie, aber sie haben 0 Ruhemasse. Durch diesen Prozess könnten wir (theoretisch) atomare Materie in Teilchen ohne Ruhemasse umwandeln. Dies könnte (theoretisch) alles für sinnvolle Arbeiten verwendet werden.
Dies ist für den gegenwärtigen Entwicklungsstand der heutigen Erdzivilisation nicht im Entferntesten relevant, da die Schaffung eines Schwarzen Lochs schwierig ist, aber ich denke, es ist lehrreich.