Wie heißt die durch Wärme vermehrte „Masse“ richtig?

Der Begriff " relativistische Masse " wird ersetzt und viele Antworten auf dieser Seite geben oft an, dass der Begriff Masse nur für Ruhemasse (/invariante Masse) verwendet werden sollte .

John Rennie erklärt das:

... aber Sie müssen sich darüber im Klaren sein, dass die relativistische Masse ein Rechengerät ist und nicht bedeutet, dass sich die Masse ändert. Dem Gold passiert nichts. Wenn ich neben dem Gold sitze, während Sie in Ihrem Raumschiff davonrasen, werde ich sehen, dass nichts damit passiert.

Aber er fügt hinzu:

der entscheidende Punkt. Wenn wir das Gold erhitzen, werden alle Beobachter, egal wie schnell sie sind, zustimmen, dass sich das Gold verändert hat , weil wir alle sehen, wie es das Licht der IR-Lampe absorbiert

Es ist also beabsichtigt, dass sich die Masse des Goldes tatsächlich geändert hat, oder? Wenn das der Fall ist, gibt es neben der Ruhemasse noch etwas mehr, aber John Rennie gibt nicht an, wie sich das Gold verändert hat und ob wir die erhöhte Entitätsmasse nennen dürfen. In welchem ​​​​Fall ist vielleicht die thermische Masse der richtige Begriff? Wenn es sich um Masse handelt, inwiefern unterscheidet sie sich von der Masse eines Elektrons?

Wissen Sie zufällig, ob es irgendwelche Theorien gibt, die erklären, was wirklich vor sich geht: Wie verändert sich das Gold und die „Masse“ nimmt zu?

Antworten (1)

Angenommen, wir betrachten ein einzelnes Goldatom. Es hat etwas Masse M , und es gibt eine zugehörige Energie, die durch Einsteins berühmte Gleichung gegeben ist:

E = M C 2

Aber das Goldatom kann Energie aufnehmen und in einen angeregten Zustand übergehen. Es kann dies tun, weil es eine interne Struktur hat, dh Elektronen, die einen Kern umgeben, und es kann Energie absorbieren, indem es seine Elektronen neu anordnet. Aber angenommen, es absorbiert etwas zusätzliche Energie Δ E dann hat seine Gesamtenergie zugenommen, und Gleichung (1) sagt uns, dass auch die Masse zunehmen muss:

E + Δ E = M ' C 2

Wo M ' ist die (erhöhte) Masse des angeregten Zustands.

Und das bedeutet, dass die Masse des Goldatoms keine Konstante ist. Um die Masse anzugeben, müssen wir auch angeben, ob sich das Goldatom in einem angeregten Zustand befindet oder nicht. Wenn wir in der Praxis von der Masse eines Goldatoms sprechen, meinen wir die Masse eines Goldatoms in seinem Grundzustand ( 3.92484812 × 10 − 24 kg laut Wikipedia ).

Wenn wir anstelle eines Goldatoms ein Elementarteilchen wie ein Elektron betrachten, dann hat es keine innere Struktur und kann daher keine Energie aufnehmen, wie es ein Atom kann. Das bedeutet, dass die Energie eines stationären Elektrons einen konstanten Wert hat und sich nicht wie die Energie eines Atoms ändern kann. Also die Masse des Elektrons:

M e = E Elektron C 2

ist eine universelle Konstante. Dies nennen wir die Ruhemasse oder invariante Masse des Elektrons.

Genau genommen können wir nicht über die Ruhemasse eines Goldatoms oder irgendetwas anderem sprechen, das kein Elementarteilchen ist, ohne zusätzliche Informationen zu geben, zB die Ruhemasse des Goldatoms in seinem Grundzustand . In der Praxis sind wir faul und verwenden den Begriff Ruhemasse für zusammengesetzte Systeme und gehen einfach davon aus, dass jeder weiß, dass wir im Grundzustand meinen .

Es gibt keinen spezifischen Begriff für die Masse eines Verbundsystems im angeregten Zustand – wir verwenden einfach den Begriff Masse .

Anfängern in der Relativitätstheorie erscheint es seltsam, dass sich die Masse ändern kann, aber das ist eines der Dinge an der Relativitätstheorie, an die man sich gewöhnen muss. Einsteins Masse-Energie-Gleichung ist nicht nur irgendein mathematisches Spielzeug, und die Ruhemasse relativistischer Systeme kann und wird von ihrer Energie abhängen.

@ user157860: Alles darüber befindet sich im Massenmittelpunkt , sodass die Durchschnittsgeschwindigkeit des gesamten Systems Null ist. Die einzelnen Teile des Systems haben eine kinetische und potentielle Energie ungleich Null, und beide tragen zur Gravitationsmasse bei.
@ user157860: Energie kann in Masse umgewandelt werden und umgekehrt - der LHC tut dies die ganze Zeit. Siehe zum Beispiel meine Antwort auf Was verhindert, dass sich Masse in Energie verwandelt? .
@ user157860: Die Masse eines interagierenden Systems, wie ein Goldklumpen, ist nicht einfach die Summe der Massen seiner Komponenten. Es ist die Masse der Komponenten plus die Nettowechselwirkungsenergie dieser Komponenten. Diese Wechselwirkungsenergie ist die Summe der (positiven) kinetischen Energie und der (negativen) potentiellen Energie. Wenn Sie einen Goldklumpen erhitzen, machen Sie die kinetische Energie der Goldatome positiver und die potentielle Energie weniger negativ. Beides erhöht die Masse.
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