«Энергия связи» связанных частиц добавляет массу?

Связанная система действительно будет иметь меньшую массу, чем составляющие ее свободные части. Под энергией связи обычно понимается энергия, необходимая для разделения связанной системы на свободные составные части. Тогда мы бы сказали$M_{tot} = M_1 + M_2 - E_{bind}/c^2$Или мы могли бы условно сделать энергию связи отрицательным числом и сказать, что она «увеличивает» массу на отрицательную величину. Я думаю, что люди, говорящие немного свободно, вызывают путаницу.

Если речь идет о ядре, то из-за ограничения цвета нельзя разделить составные части (кварки) на независимые свободные частицы, поэтому то, что мы называем «энергией связи», в данном случае не столь ясно.

Возможно, более простой способ увидеть, что происходит, — рассмотреть связанное состояние. Что вам придется сделать, чтобы разобрать его?

Поскольку он связан, разделение компонентов означает, что вам придется работать против потенциала. Эта работа — энергия, которую вы добавляете в систему. Итак, когда вы разделяете частицы, их энергия увеличивается, как и их масса.

Я убежден, что, по крайней мере, в экзотермической химической реакции (где энергия связи продукта больше) частицы продукта будут терять массу (пропорционально рассеиваемому теплу) или, по крайней мере, не изменятся.

Было бы полезно иметь более явную реакцию, например$A\Rightarrow B+C+energy$, потому что иначе трудно определить, что это за энергия, а затем определить, остается ли она в системе или нет. В примере, который я привожу, верно, что$m_A>m_B+m_C$. Это достаточно просто, и я думаю, что все согласятся с этим. Теперь, если вы рассматриваете химический реактор (где изменение массы в любом случае невелико), то энергия проявляется как кинетическая энергия$B$и$C$будет по-прежнему измеряться как часть веса всей системы, пока тепловая энергия не рассеется.

Система, которая подвергается экзотермической реакции, а затем выделяет высвобожденную энергию (за счет излучения или проводимости), будет иметь меньшую массу.

Чтобы использовать более масштабную аналогию, если объект, «частица», находится на высоте 100 м над поверхностью Земли, он обладает потенциальной энергией гравитации. При падении эта энергия теряется, превращаясь в КЭ. При падении эта энергия теряется, превращаясь в КЭ. В целом, две «частицы», объект и Земля, имеют общую энергию и, следовательно, одинаковую общую массу. Нет места для «энергии связи», добавляющей массу.

Ах ха! Вы нашли аргумент в пользу испускания фотонов в результате квантово-механических переходов состояний.

Ваш пример кажется бессмысленным именно потому, что нет очевидного пути выхода высвободившейся энергии из системы. Она рассеивается в виде тепловой энергии, и общая масса системы остается постоянной (хотя вклад тепловой энергии в любом случае незначителен). В случае элементарных частиц энергия должна сохраняться, и для такой силы, как трение, нет очевидного аналога. В тех случаях, когда правит физика квантовой механики, разрешены переходы (ядерные возбужденные состояния, переходы электронных орбит) за счет высвобождения энергии в результате испускания фотонов.

Энергия связи обычно отрицательна

Надеюсь, очевидно, что система вы + Земля на самом деле имеет энергию связи. Это могло бы объяснить очень небольшую разницу в массе между двумя состояниями, которые вы обсуждали, при условии, что все остальное равно (а все остальное явно не равно). Но в целом новые частицы чаще всего образуются в результате экзотермических реакций (здесь применимы аргументы 2-го термозакона), и во всех этих реакциях энергия уходит из системы при условии, что вы начинаете с того, что все находится в состоянии покоя, и заканчиваете тем, что все находится в состоянии покоя, и не усложнить его такими вещами, как тепловая энергия. Это означает, что изменение массы будет отрицательным. Со временем Вселенной нравится видеть, как эти системы теряют массу покоя и рассеивают эту энергию за счет испускания фотонов с высокой энтропией.

Это означает, что сейчас Земля легче, чем были бы все ее составляющие, если бы они оставались разбросанными по всему пространству. Так обстоит дело с большинством вещей во Вселенной.

С точки зрения энергии все работает хорошо, если вы решите отождествить энергию с массой. Что сбивает с толку, так это идентичность частиц. Масса — это идентичность, и если вы ее измените, вы измените идентичность. Итак, начните с электрона и протона, объедините их, и да, вы получите меньшую массу, но какова личность нового существа. Это уже не может быть электрон и протон. Атомная картина двух отдельных частиц, идентичных инициалам, вообще не имеет смысла.