Negative Masse

Wissenschaft Physik
1

Hallo!

Zwei Deuteriumatome bestehen insgesamt aus zwei Protonen, zwei Neutronen und zwei Elektronen. Ein Heliumatom besteht ebenfalls aus zwei Protonen, zwei Neutronen zwei Elektronen. Und zusätzlich negativer Bindungsenergie. Richtig?

Auch für diese negative Bindungsenergie gilt das Äquivalenzprinzip von Energie und Masse nach der Formel E = mc². Die negative Bindungsenergie hat also eine negative Masse, weshalb man auch von „Massendefekt“ spricht. Richtig?

Negative Masse hat ein negatives Gewicht, was sich daran zeigt, dass das Heliumatom zusammen mit der negativen Masse weniger wiegt, als seine Bestandteile ohne diese negative Masse. Richtig?

Man kann aber die negative Masse nicht von Heliumatomen trennen in der Weise, das man freie, negative Masse als Klumpen in der Hand halten könnte. Richtig?

Könnte man es, und würde ihn fallen lassen, fiele er aufgrund seines negativen Gewichtes nach oben. Richtig?

Grüße

Andreas

2

Moin,

Zwei Deuteriumatome bestehen insgesamt aus zwei Protonen, zwei
Neutronen und zwei Elektronen. Ein Heliumatom besteht
ebenfalls aus zwei Protonen, zwei Neutronen zwei Elektronen.
Und zusätzlich negativer Bindungsenergie. Richtig?

Ja. Bindungsenergie ist insofern immer negativ als dass Energie freigesetzt wird, wenn ich beispielsweise diese beiden Deuteriumatom zu einem Heliumkern fusioniere. Man kann sich das nicht so vorstellen, dass da negative Energie drin steckt sondern, dass man - ohne das Heliumatom zu zerstören - Energie wegnehmen kann bzgl. der Gesamtenergie der beiden (ursprünglichen) Deuteriumatome.

Auch für diese negative Bindungsenergie gilt das
Äquivalenzprinzip von Energie und Masse nach der Formel E =
mc². Die negative Bindungsenergie hat also eine negative
Masse, weshalb man auch von „Massendefekt“ spricht. Richtig?

Jain. Die freigesetzte Energie ist natürlich positiv. Dass dann, wenn man Energie wegnimmt, auch das resultierende Atom weniger Masse hat, ist eigentlich klar.
Genauso wie wenn ich aus einer Schale Äpfel einen wegnehme, habe ich ja keine negativen Äpfel dort, sondern nur einen weniger.

Negative Masse hat ein negatives Gewicht, was sich daran
zeigt, dass das Heliumatom zusammen mit der negativen Masse
weniger wiegt, als seine Bestandteile ohne diese negative
Masse. Richtig?

Eher nicht. Siehe oben. Wir haben einfach etwas weggenommen bzw. wegnehmen können. Darum ist verbleibende Rest leichter.

Man kann aber die negative Masse nicht von Heliumatomen
trennen in der Weise, das man freie, negative Masse als
Klumpen in der Hand halten könnte. Richtig?

Weil es keine negative Masse ist. Eine solche hat keine Existenz. Negative Masse bezogen auf das Heliumatom heißt nur, dass ich wieder einiges an Energie hinzufügen muß, wenn ich es wieder in seine zwei Deuteriumatome zerlegen will. Analog zu oben: ich nehme aus der Apfelschale keine „negativen Äpfel“ weg, sondern füge einfach einen normalen Apfel wieder hinzu, um den Ausgangszustand wieder herzustellen.

Könnte man es, und würde ihn fallen lassen, fiele er aufgrund
seines negativen Gewichtes nach oben. Richtig?

Das ist gegenstandslos, da es negative Masse nicht gibt, negative Energie auch nicht. Man kann beides aber sowohl von einem Ort entfernen (was man rechnerisch i.A. durch ein negatives Vorzeichen darstellt) oder hinzufügen (was man durch ein positives Vorzeichen darstellt)

Gruß,
Ingo

3

Hallo Ingo!

So, diese negative Energie kann also auch in einem heruntergefallenen Apfel stecken. Gut, nehmen wir an, ich hebe den Apfel an, füge ihm also Energie zu, wo befindet sich dann diese zugeführte Energie, im Apfel, in der Erde, im Gravitationsfeld, oder wo?

Grüße

Andreas

4

Hallo Andreas, Ingo sagt, negative Energie gibt es nicht, also kann sie auch nicht irgendwo stecken. Die Energie, die dem Apfel auf dem Weg nach unten von der potentiellen auf die kinetische Seite geschoben wurde, blieb ihm nach dem Aufschlag noch ein Weilchen als Wärme erhalten und ging durch Konvektion und Strahlung dann an die Umgebung, und dem Apfel endgültig verloren.

Wenn Du diesem durch Anheben wieder potentielle Energie zuführst, steckt diese natürlich im Apfel. Dir allerdings fehlt diese nun.

Das Gravitationsfeld spielt natürlich mit, ohne Dein Eingreifen sinkt durch den Apfelfall das Potential um die Erde ein wenig ab, wenn die Wärme endgültig im Weltraum verschwunden ist. Gruß, eck.

5

Hallo!

Wenn Du diesem durch Anheben wieder potentielle Energie
zuführst, steckt diese natürlich im Apfel.

Aha. Gut, nehmen wir an, auf dem Mond und auf dem Jupiter wachsen Apfelbäume, und ich pflücke dort jeweils einen Apfel. Auf der Erde stelle ich fest, dass beide Äpfel zufällig bis aufs letzte Molekül identisch sind. Aber den Apfel vom Jupiter zur Erde zu holen, erforderte viel mehr Energie, als den Apfel vom Mond zu holen, weil die Gravitation des Jupiters größer ist.

Beide Äpfel sind bis aufs letzte Molekül identisch, aber der Apfel vom Jupiter enthält mehr Energie und ist deshalb schwerer?

Bist du sicher?

Grüße

Andreas

6

Hallo,

Beide Äpfel sind bis aufs letzte Molekül identisch, aber der
Apfel vom Jupiter enthält mehr Energie und ist deshalb
schwerer?

Nein. Weil diese Art von Energie relativ ist. Die Energie im Apfel in Bezug auf den Jupiter ist das eine, die Energie in Bezug auf die Erde etwas ganz anderes. Wenn Du den Apfel vom Jupiter zur Erde bewegst, wird die potentielle Energie in Bezug auf den Jupiter permanent größer, die Energie in Bezug auf die Erde permanent kleiner. Was sich jeweils im Gewicht, genauer: der Gewichtskraft äußert. Aber nicht in der Masse.
Gruß
loderunner

1 „Gefällt mir“
7

Zwei Deuteriumatome bestehen insgesamt aus zwei Protonen, zwei
Neutronen und zwei Elektronen. Ein Heliumatom besteht
ebenfalls aus zwei Protonen, zwei Neutronen zwei Elektronen.
Und zusätzlich negativer Bindungsenergie. Richtig?

Auch für diese negative Bindungsenergie gilt das
Äquivalenzprinzip von Energie und Masse nach der Formel E =
mc². Die negative Bindungsenergie hat also eine negative
Masse, weshalb man auch von „Massendefekt“ spricht. Richtig?

Negative Masse hat ein negatives Gewicht, was sich daran
zeigt, dass das Heliumatom zusammen mit der negativen Masse
weniger wiegt, als seine Bestandteile ohne diese negative
Masse. Richtig?

Man kann aber die negative Masse nicht von Heliumatomen
trennen in der Weise, das man freie, negative Masse als
Klumpen in der Hand halten könnte. Richtig?

Könnte man es, und würde ihn fallen lassen, fiele er aufgrund
seines negativen Gewichtes nach oben. Richtig?

Scheint alles richtig zu sein.

8

Aber sehr mißverständlich. Wenn ich aus einer Kiste gefüllt mit n Äpfeln einen Apfel herausnehme, würde man ja auch nicht sagen, dass ich einen negativen Apfel in die Kiste gelegt habe, sondern einen positiven Apfel entfernt habe.

9

Aber sehr mißverständlich. Wenn ich aus einer Kiste gefüllt
mit n Äpfeln einen Apfel herausnehme, würde man ja auch nicht
sagen, dass ich einen negativen Apfel in die Kiste gelegt
habe, sondern einen positiven Apfel entfernt habe.

Bei Äpfeln sagt man das zwar nicht (obwohl es dieselbe Bedeutung hat), aber in der Halbleitertechnik ist es z.B. üblich fehlende Elektronen wie positive Ladungsträger zu behandeln. Wenn man hier ein Elektron heraus nimmt, dann sagt man tatsächlich, dass man eine Störstelle einfügt.

Bei Energien ist das noch weiter verbreitet. Man kann die Gesamtenergie eines Systems nach Herzenslust in Teilenergien zerlegen und die potentiellen Energien sind dabei definitionsgemäß negativ.

10

Wenn man hier ein Elektron heraus nimmt, dann sagt
man tatsächlich, dass man eine Störstelle einfügt.

Mir ging es nicht darum, was man da sagt, sondern was da eigentlich passiert. Das „Hinzufügen“ von z.B. solchen Störstellen hat oft ja einfach nur rechnerische oder historische Gründe.

11

QFT

Aber sehr mißverständlich. Wenn ich aus einer Kiste gefüllt mit n Äpfeln einen Apfel herausnehme, würde man ja auch nicht sagen, dass ich einen negativen Apfel in die Kiste gelegt habe, sondern einen positiven Apfel entfernt habe.

Ein analoger Gedankengang war doch gerade Diracs Grundidee der Quantenfeldtheorie.

12

Beide Äpfel sind bis aufs letzte Molekül identisch, aber der Apfel vom Jupiter enthält mehr Energie und ist deshalb schwerer?

Lassen wir die Ä zunächst an ihren jeweiligen Bäumen. Der vom Jup hat mehr pot-E als der vom Mond, erkenntlich am Aufschlagschaden und der jeweiligen Erwärmung. Wenn Einstein gilt, hat der Jup-A mehr Masse, als der Mond-A.

Bringst Du nun den J-A aus dem tiefen Potential des Jup auf das höhere der Erde, gewinnt er die Potentialdifferenz mal seine Masse an Energie, diese geteilt durch c^2 an Masse. Erkennbar an dem Einschlagkrater auf dem Jup, ließest Du Ihn zurückfallen.

Der Mond-A vom höheren Potential des M auf das tiefere der Erde gebracht verlöre Pot-Diff mal Masse an Energie und entsprechend an umrechenbarer Masse. Er würde auch nimmer auf den Mond zurückfallen. Gruß, eck.

13

Hallo Eckhart!

Genau mein Gedankengang.

Trotzdem kann ich mir nicht vorstellen, dass der Apfel schwerer ist.

Was meinst du? Steckt die Energie und damit die Masse im Apfel, oder nicht?

Oder gehörst du zu den Leuten, die sagen, die Gravitation enthalte Energie?

Grüße

Andreas

14

die potentiellen Energien sind dabei definitionsgemäß negativ.

Hallo, ja, mit DEM Vorzeichen gehen sie in die Bilanz ein. Aber grav und el-magn. Felder wandeln nicht negative in positive Energie. Nichteinmal die dunkle Energie ist negativ, das ist nur der damit verbundene Druck. Alle Energie ist positiv, wie auch die damit verbundene Masse. Gruß, eck.

15

Aber grav und el-magn. Felder wandeln nicht negative in
positive Energie.

Das hat ja auch niemand behauptet.

16

Bringst Du nun den J-A aus dem tiefen Potential des Jup auf
das höhere der Erde, gewinnt er die Potentialdifferenz mal
seine Masse an Energie

Das ist eine sehr gewagte Behauptung. Warum soll diese Energie ausgerechnet im Apfel stecken? Warum nicht im Jupiter oder irgendwo dazwischen?

1 „Gefällt mir“
17

Sie steckt eindeutig im Apfel. Dieser Apfel im Unendlichen hat zu seiner Ruhemasse die Pot-E von (Ruhemasse mal Potential an der Erdoberfläche) gleich etwas Masse, so entsteht die Gesamtmasse gegenüber Ruhemasse.

Fällt A nun zur Erde wird Pot-E in Kin-E umgewandelt, Gesamt-E und Gesamt-M bleiben erhalten. Erst beim Aufschlag geht die zusätzliche Masse-Energie durch Abstrahlung verloren. Es bleibt der beliebte Ruhekompott gruß, eck.

18

Nein, das weiß ich. Ich habe das nur für ganz junge Leser geschrieben, die vielleicht da etwas hineingeheimnisst hätten. eck.

19

Hallo!

Das ist eine sehr gewagte Behauptung. Warum soll diese Energie
ausgerechnet im Apfel stecken? Warum nicht im Jupiter oder
irgendwo dazwischen?

Genau! Das frage ich mich auch.

Grüße

Andreas

20

Hallo Eckhart!

Na und? Das Buch, das ich schreibe IST doch für Achtjährige. Dass nicht alles stimmt, was in Romanen steht, wissen die auch, aber das mit der Antischwerkraft ein wenig wissenschaftlich zu untermauern, damit es realitischer klingt, ist doch nicht verboten, oder?

Grüße

Andreas