Изменяется ли масса электрона в зависимости от его «энергетического состояния»?

Когда электрон поглощает фотон, он переходит в более высокое энергетическое состояние и переходит на верхнюю орбиту/оболочку.

Оказывает ли (скорее должно) это поглощение энергии влияние на его массу (хотя и невероятно малое)?

Можем ли мы хотя бы измерить массу электрона, пока он еще связан с ядром?

Зависит от того, о какой массе вы говорите. Вы говорите о гравитационной массе, инерционной массе или массе покоя?
@Aron Это очень вводящее в заблуждение утверждение. У меня даже возникает соблазн сказать, что это совершенно неверно, поскольку, насколько нам известно, инертная масса и гравитационная масса — одно и то же . Более того, если вы не пытаетесь различить их с помощью какой-то важной тонкости (например, плотности массы-энергии), масса покоя также эквивалентна двум другим терминам. Я не уверен, что вы пытаетесь понять, но я думаю, что это действительно запутывает проблему.
@Джеффери. Вы очень ошибаетесь. Масса покоя и инерционная масса НЕ эквивалентны, за исключением состояния покоя. Простой СР. Да, инерционная масса и гравитационная масса эквивалентны в массивных частицах нескольким ppm, но я не уверен в таких понятиях, как дырки.
@ Арон Нет, ты очень ошибаешься. По принципу эквивалентности ОТО инертная и гравитационная массы совершенно одинаковы. И они равны массе покоя. Если вы покажете обратное, это будет большим открытием.
@Руслан. Я думаю, вы полностью упустили мою мысль. Когда я сказал несколько частей на миллион, это было экспериментально подтверждено до нескольких частей на миллион. Моя главная мысль заключается в том, что существуют разные величины, называемые массой. Некоторые из них скалярны.
Просто добавим, что для электронов, взаимодействующих с решеткой атомов (особенно в полупроводниках), также необходимо учитывать понятие «эффективной массы». Это просто способ суммировать эффект взаимодействия (более или менее похожий на «релятивистскую массу»), но он пригодится при работе с кристаллами.
@Aron Если ничего другого, вы действительно должны знать, что вся масса скалярна, а не только некоторые массы. Независимо от контекста, масса никогда не является вектором.
@Geoffrey Scalar означает не то, что вы думаете. Это означает, что он инвариантен относительно вращения. В случае SR вращение означает ускорение Лоренца. Только инвариантная масса/масса покоя является инвариантной при усилении Лоренца (отсюда и название).
Я думал, что скаляр означает без направления. Масса тела (как причина его гравитационной силы) имеет направление, но это направление не может быть определено, потому что простыми словами это направление «на себя». Точно так же, как гравитационное притяжение (или, возможно, поле — правильное слово) тела не имеет направления, ЕСЛИ не говорить о теле, на которое действует это притяжение, точно так же и масса лишена направления. Я имею в виду, что у массы есть направление, но если вы сложите все направления массы в трехмерном пространстве, каждое направление уравновешивается направлением в противоположную сторону.

Ответы (5)

Масса покоя фундаментальной частицы никогда не меняется. Его масса является естественной константой и одним из чисел, однозначно идентифицирующих его (как и его вращение). С другой стороны, инвариантная масса атомной системы действительно увеличивается по мере того, как электрон возбуждается, переводя атом в более высокое энергетическое состояние. В этом смысле атом (не электрон) становится «тяжелее» из-за увеличения энергии внутренней конфигурации частиц.

То есть атом в целом становится тяжелее, а масса вещества его состава остается той же? Под материалом я подразумеваю частицы. Значит, приращение общей массы поглощающего фотон атома увеличивается за счет его энергетической составляющей, а не за счет приращения массы частиц?
В основном, да. Концептуальное объяснение основывается на целом Е знак равно м с 2 идея. Грубо говоря, увеличение энергии атома приводит к увеличению массы атома за счет релятивистских эффектов. Я думаю, что ответ Джона - отличное объяснение.

Это действительно расширенный комментарий к ответу Джеффри, поэтому, пожалуйста, проголосуйте за ответ Джеффри, а не за него.

Масса атома водорода равна 1.67353270 × 10 − 27 кг. Если сложить вместе массы протона и электрона, то они придут к 1.67353272 × 10 − 27 кг. Разница составляет около 13,6 эВ, что является энергией ионизации водорода (хотя обратите внимание, что экспериментальная ошибка в массах не намного меньше, чем разница, так что это только приблизительно).

Это не должно вас удивлять, потому что вам нужно добавить энергию (в виде фотона 13,6 эВ), чтобы диссоциировать атом водорода на свободный протон и электрон, и это увеличивает массу в соответствии со знаменитым уравнением Эйнштейна. Е знак равно м с 2 . Так что это прямой пример увеличения массы, которое вы описываете.

Однако нельзя сказать, что это увеличение массы электрона или протона. Это увеличение массы комбинированной системы. Инвариантные массы электрона и протона постоянны и не зависят от того, находятся ли они в атомах или свободно перемещаются. Изменение массы происходит из-за изменения энергии связи системы.

В приведенном вами примере вы говорите о связанном электроне. В этом случае электрон не приобретает (никакой) массы, потому что энергия фотона идет на изменение состояния электрона (в более высокое энергетическое состояние). Эта энергия «возвращается», когда электрон возвращается в свое предыдущее состояние, испуская эквивалентный фотон.

Нет. Масса электрона не меняется с увеличением его энергии (за счет поглощения энергии фотонов).

У фотона есть не масса покоя, а энергия, и такая энергия фотона не превращается в массу, в какой бы форме она ни была - согласно уравнению E=mc^2.

Энергия фотона скорее преобразуется в более высокую частоту, а не в массу, как это видно из уравнения Макса Планка E=hv (eich nu) или E=hf. Энергия фотона скорее преобразуется в частоту, в результате такого возбуждения энергии избрание должно увеличивать его энергию и частоту его вращения вокруг ядра, не увеличивая массу электрона или массу самого атома, а увеличивая его энергетическую частоту.

Масса атома действительно увеличивается, как объяснили Джеффри и Джон.

Даже свободный электрон становится тяжелее под действием ускоряющих фотонов. Лучшим примером являются коллайдеры, где часть энергии фотонов остается на электроне, а часть энергии электрон снова теряет. Чем быстрее электрон, тем выше свободный. Физика живет моделями и интерпретациями, и ваша интерпретация хороша. Он сближает термины энергия и масса.

Только правильно, если вы используете текст от администрации Эйзенхауэра (цитируя регулярного Physics SE). Инвариантная масса остается неизменной. Этот ответ также бесполезен для связанного электрона, у которого нет четко определенного импульса.
Я думал, что не существует такой вещи, как «инвариантная масса», поскольку вся материя нашей вселенной находится в состоянии постоянного движения. Таким образом, все «массы покоя» немного вводят в заблуждение, если вы держите в поле зрения более широкую картину космоса. Нет?
@YoustayIgo: Хорошо.
@YoustayIgo Эта идея, которую вы объясняете в своем комментарии здесь, является распространенным заблуждением, вызванным тем, что люди слышат о том, что движущиеся частицы становятся более массивными. В специальной теории относительности быстро движущуюся частицу, как правило, труднее разогнать, чем предсказывают законы Ньютона, что часто — и ошибочно — описывается как увеличение массы частицы, хотя на самом деле это просто факт релятивистской механики, который это не ньютоновская механика . Относительность — это дивный новый мир. Примите это на своих условиях.
Значит, движущемуся телу становится труднее разогнаться, хотя его масса остается неизменной? Раньше я думал, что импульс — это просто кратное массы и скорости. Если масса остается постоянной, а скорость хорошо известна, то почему импульс больше их кратного? :С
@Youstay Иго: Да, разгоняться сложнее по трем причинам. Ускорение — это взаимодействие с фотонами. 1. Чем выше скорость тел, тем меньше импульса от фотона передается телу. 2. Затем происходит повторное излучение фотонов (тормозное излучение). 3. Заряженные частицы тела затеняются фотонами, которые не переизлучаются (находятся «на теле»).
@YoustayIgo Инвариантная масса частицы или системы определяется как длина четырех вектора энергии-импульса. Таким образом, это скаляр Лоренца, который считается одинаковым в любой системе отсчета. Все скаляры Лоренца (включая собственное время) обладают этим свойством, поэтому люди, которые серьезно относятся к теории относительности, сильно полагаются на них, потому что они просто выполняют все виды вычислений. Большая часть релятивистов говорит только об инвариантной массе, избегая как ненужного, устаревшего и сбивающего с толку понятия «релятивистская масса»; что не означает, что это понятие не может быть определено и использовано.
Изменяется ли масса электрона в зависимости от его «энергетического состояния»?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v