Nimmt die Masse eines Körpers zu, der Photonen absorbiert?

Nehmen wir an, ich habe einen Photonenkollektor im Orbit um die Sonne. Es schafft es, Photonen perfekt effizient zu sammeln, das heißt, ohne Energie abzustrahlen.

Dann mit Einsteins Gleichung:

E = M C 2

Da der Kollektor Energie absorbiert, sollte seine Masse zunehmen.

Ist das richtig?

Vielleicht finden Sie einen Einblick, indem Sie physical.stackexchange.com/questions/11449/… oder physical.stackexchange.com/questions/16351/… lesen .

Antworten (2)

Ja.

Ich denke, es sollte mehr Erklärung geben, aber es ist ziemlich einfach. Ein schwarzer Körper, der Energie absorbiert, wird an Masse zunehmen. Der absolute Anstieg ist ziemlich winzig, aber nicht null.

Da Sie nach einem Objekt fragen, das nicht auch Energie ausstrahlt, könnte ein Schwarzes Loch eine anständige Analogie sein. Nimmt also ein Schwarzes Loch an Masse zu, wenn Photonen hineinfallen? Sicher. Wenn es hilft, können Sie sich vorstellen, dass ein Photon mit ausreichend hoher Energie Elektronenpaare (oder andere Teilchen) erzeugen kann, die anschließend in das Schwarze Loch fallen könnten ... nun, mit Ausnahme des Antiteilchens, das kurz nach der Entstehung vernichtet würde. So oder so scheint es einfacher, sich das Szenario mit Teilchen vorzustellen, die eine Ruhemasse haben, weil es unserer alltäglichen Erfahrung besser entspricht.

Ist das eine Erhöhung der Ruhemasse? Ich bin mir eigentlich nicht sicher, auf welche Masse sich die von mir angegebene Gleichung bezieht.
Oder ist das eine Zunahme der Gravitationsmasse?
Ich denke, Sie verwechseln ein paar verschiedene Massenkonzepte. Es gibt einen Unterschied zwischen Ruhemasse und Masse, gemessen in einem nicht-trägen Rahmen, aber alle Arten von Masse sind gravitativ. Theoretisch besteht die Möglichkeit, dass Gravitationsmasse und Trägheitsmasse unterschiedlich sind, aber dies wurde in sehr hohem Maße getestet und als nicht der Fall befunden.
Ob diese Masse "Ruhemasse" ist, hängt davon ab, was mit dem Photon passiert. Sie behaupten, dass das Photon "absorbiert" wurde. Okay, wie? Angenommen, Sie haben einen funkelnden Gammadetektor; in diesem Fall verliert das Photon seine Energie über den photoelektrischen Effekt. Abhängig von den Bindungsenergien des betroffenen Atoms vor und nach der Wechselwirkung kann es zu einer gewissen Änderung der Ruhemasse kommen, aber der größte Teil der Energie wird schließlich zu Wärme. Dies stellt immer noch eine Zunahme der Masse dar, und es ist immer noch Gravitation.

Es stimmt zwar, dass die Masse Ihren Wunsch nach perfekter Absorption ohne Strahlung erhöht, aber nicht so einfach erfüllt werden kann. Totalabsorption würde eine schwarze Fläche bei 0 K erfordern. Jede Fläche würde nach dem Planckschen Gesetz und dem Stefan-Boltzmann-Gesetz Wärmeenergie abstrahlen ∝ T 4 . Dadurch wird der Temperaturanstieg auf die Oberflächentemperatur der Sonne begrenzt.

Mit der Wärmeenergie von k B / 2 ⋅ T pro Freiheitsgrad können Sie versuchen, die Massenzunahme zwischen der minimalen Starttemperatur und 6000 K für einen gegebenen Satz von Eigenschaften des Kollektors abzuschätzen.

Ist das eine Erhöhung der Ruhemasse?
Danke für die zusätzlichen Informationen, aber ich frage nicht nach den Unmöglichkeiten der vollständigen Absorption. Ich versuche nur, mich auf den Geist des OP zu konzentrieren, nämlich ob Lichtemission / -absorption die Masse ändern kann.
@MattFenwick: Es ist schwer zu beantworten, ob dies nur eine Zunahme der Ruhemasse ist. Das Absorbieren von Photonen beinhaltet eine Impulsübertragung, sodass sich auch der Nettoimpuls des Kollektors ändert.
Nimmt die Masse eines Körpers zu, der Photonen absorbiert?
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