Wie funktioniert Trägheit auf Partikelebene?

Ich habe kürzlich gelesen , dass die Masse eines Protons meistens nicht durch den Higgs-Mechanismus gegeben ist. Vielmehr wird sie durch die Energie der Quarks, die sich im Inneren des Protons und der Gluonen und anderer interner Energiequellen bewegen, gegeben.

Offensichtlich sind Masse und Energie äquivalent, also gehe ich davon aus, dass wir die Ruhemasse eines Protons aus der Energie, die es enthält, berechnen können. Aber mich darüber zu wundern, ließ mich fragen, warum genau Sie überhaupt "Trägheit" oder Widerstand gegen Beschleunigung von Energie bekommen.

Warum sind Dinge schwerer zu bewegen, wenn sie mehr Energie haben? Gibt es einen Prozess, durch den Dinge mit viel Energie Änderungen in der Bewegung widerstehen? Ich habe das Gefühl, dass jeder nur sagt E = M C 2 ohne eigentlich zu fragen, warum wir das Phänomen Masse und Trägheit überhaupt erleben?

Du mischst zu viele Dinge auf einmal. Trägheit kann als "Essenz" dessen bezeichnet werden, was Masse bewirkt. Etwas ist schwer, dann ist es schwierig, es zu bewegen. Es spielt keine Rolle, warum etwas eine solche Masse hat.
Ich schätze, ich wollte fragen, warum ist etwas schwerer zu bewegen, wenn es mehr Energie hat?
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Antworten (2)

Ein Großteil der physikalischen Intuition dafür, wie Trägheit in der Relativitätstheorie funktioniert, stammt aus dem Studium, wie Mechanik in SR funktioniert. Zum Beispiel hat der Wikipedia-Artikel hier eine schöne Zusammenfassung einiger Grundlagen der Mathematik mit 4-Vektoren.

Die physikalische Intuition hinter der Idee der Trägheit läuft auf die Idee hinaus, dass, wenn Sie eine Kraft auf ein Objekt anwenden, das Objekt proportional zur Kraft beschleunigt wird, wobei „Masse“ oder „Trägheit“ der Koeffizient ist, der bestimmt, wie stark a Änderung für eine gegebene Kraft. In einer nicht-relativistischen Welt führt das Anwenden einer Kraft auf ein stationäres oder ein sich bewegendes Objekt zu derselben Geschwindigkeitsänderung, die Sie beobachten werden. Dies gilt jedoch nicht in der Relativitätstheorie, da es eine maximale Geschwindigkeit gibt, C . Wenn Sie also eine Kraft auf ein ruhendes Teilchen anwenden, werden Sie eine große Geschwindigkeitsänderung sehen, aber wenn sich das Teilchen bereits sehr nahe bewegt C , wird es Ihnen so erscheinen, als würde es sich kaum ändern. Als interessante Randbemerkung wurde SR historisch mit der Idee einer Ruhemasse gelehrt M 0 und eine relativistische Masse M = γ M 0 = M 0 / 1 − ( v / C ) 2 (das ist die Masse in E = M C 2 ), um die Idee zu nehmen, dass die wahrgenommene Masse unendlich wird, wenn sich die Geschwindigkeit des Teilchens nähert C berücksichtigt, was aber in der modernen Physik weitgehend entfallen ist.

Also widerstehen die Bestandteile eines Protons, das sich mit extrem hohen Geschwindigkeiten bewegt, aufgrund dieses relativistischen Masseneffekts Änderungen in der Bewegung? Das heißt, ohne spezielle Relativitätstheorie könnten wir die Masse eines Protons nicht erklären?
Ja. Die Idee, dass Energie, wie die Bindungsenergie, die ein Proton zusammenhält, eine effektive Trägheit oder Masse erzeugt, stammt aus der Relativitätstheorie. Der E = M C 2 Gleichung ist die einfachste Form, die wörtlich besagt, dass Masse eine Form von Energie ist, was bedeutet, dass Masse in Energie umgewandelt werden kann, oder umgekehrt, dass Energie in Masse umgewandelt werden kann (gebundene Energie).

Warum sind Dinge schwerer zu bewegen, wenn sie mehr Energie haben? Gibt es einen Prozess, durch den Dinge mit viel Energie Änderungen in der Bewegung widerstehen?

Dies ist keine allgemeine Antwort, aber sie sollte Ihnen helfen, ein intuitiveres Gefühl dafür zu bekommen, warum dies passiert.

Stellen Sie sich zwei identische Boxen vor, beide Boxen haben ein perfekt reflektierendes Inneres. Eine Box ist leer und die andere enthält einen Haufen isotroper inkohärenter Photonen. Durch die Photonen hat die „volle“ Kiste mehr Energie, und weil Photonen Impuls tragen, wird ein Druck auf die Wände ausgeübt. Im Ruhezustand ist dieser Druck isotrop.

Wenn Sie nun versuchen, die volle Box zu beschleunigen, werden die Photonen nach dem Aufprall auf die Rückwand blauverschoben und nach dem Aufprall auf die Vorderwand aufgrund des Doppler-Effekts rotverschoben. Dies führt zu einer Nettokraft auf die Rückwand, die größer ist als die Nettokraft auf die Vorderwand von den Photonen. Das bedeutet, dass die Kiste mit der größeren Energie mehr Trägheit hat.

Es stellt sich heraus, dass sich aufgrund der Relativitätstheorie alle Energieformen gleich verhalten.

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