Frage von thatuglyguy, 49

Wenn aus energie masse werden kann, welches element wäre dann die masse die aus genannter energie entstanden ist?

E=mc^2

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 19

Es kann nicht »aus Energie Masse werden«, sondern Energie besitzt alle Eigenschaften von Masse wie Trägheit und Schwere.

Deshalb ist ja - bezüglich eines gewissen Bezugssystems K - die sog. Impulsmasse,  oder, wie man sie auch nennen könnte, Effektivmasse eines mit einer Geschwindigkeit |v› relativ zu K bewegten Körpers der (Eigen)masse m auch

(1) mγ = m(1–‹v|v›/c²)^{–½}.

Der Anteil m(γ–1) ist der Anteil der kinetischen Energie, der freilich üblicherweise nicht der Masse des Körpers zugerechnet wird. Diese ist bis auf den konstanten Faktor c² mit der Ruheenergie

(2) E_0 = mc² = (E_{tot}² – c²‹p|p›)^{½}

identisch.

Somit stellt sich Energie gewissermaßen als Oberbegriff dar. Masse im Sinne von Eigenmasse ist gleichsam kondensierte Energie, wenn man so will.

Ein großer Teil der Eigenmasse eines Körpers ist übrigens Bindungsenergie, etwa innerhalb der Nukleonen. Es ist also potentielle Energie.

Die Frage ist also nicht, ob man aus Energie Masse machen kann, sondern, ob man als ihr Materie machen kann.

Materie besitzt, außer Masse und damit Energie, auch  noch Eigenschaften wie die elektrische Ladung und gewisse Teilchenzahlen (Leptonenzahl, Baryonenzahl), welche wie die Energie eine Erhaltungsgröße ist.

Wenn aus Energie ohne diese Eigenschaften, etwa aus γ-Strahlung, Materie wird, entstehen immer Teilchen - Antiteilchen - Paare, und die fallen schnell wieder der Paarvernichtung anheim.

Materie "machen" scheint also ziemlich schwierig zu sein, und wenn es gelingt, sind das erst mal Elementarteilchen und nicht ein fertiges Atom, dass man also einem Element zuordnen könnte. 

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 18

Eine solche Umwandlung fand im großen Maßstab kurz nach dem Urknall statt. Zuerst entstanden Quarks, und aus denen über mehrere Zwischenschritte die Bausteine der Atome. Diese fügten sich zu Wasserstoff, Helium und Lithium sowie kleinen Spuren von Beryllium zusammen. Alle schwereren Elemente sind erst innerhalb von Sternen entstanden.

Im CERN wird das teils heute simuliert. Dort werden auch Photonen (reine Energiepakete) in Materie umgewandelt. Da kommen in der Regel aber keine fertigen Atome sondern nur die Grundbausteine der Materie heraus.

Antwort
von ThomasJNewton, 14

Es geht darum, dass Masse und Energie letztlich das selbe sind.
Nur ist es eben schwer messbar, dass eine Flasche Wasser auch an Mase zunimmt, wenn sie sich nach einem Aufenthalt im Kühlschrank erwärmst.

Es ist nicht Masse im Sinne von Materie gemeint, oder sogar ein Element.

Denn Materie kann unter den heutigen Bedingungen weder erzeugt noch vernichtet werden.
Zumindest dann, wenn man Antimaterie mit negativer Menge rechnet.

Du kannst nicht mal ein einzelnes Elektron erzeugen oder vernichten.
Du kannst ein Elektron-Positron-Paar erzeugen, aus Strahlung.
Elektron und Positron können sich gegenseitig, zu Strahlung.
Du kannst ein Elektron in ein Neutrino umwandeln, und parallel dazu ein Proton zu einem Neutron. Und umgekehrt.

Energie ist Masse, und der Umrechungsfaktor ist c².
Und dass passt von den Einheiten, weil Energie in Joule gemessen wird, mit der Einheit Joule.
1 J = 1 kg*m²/s².
Umgeformt 1 kg*(m/s)². Und da m/s die Einheit der Geschwindgkeit (v) ist, kannst du auch kg*v² schreiben.

Antwort
von daCypher, 26

Soweit ich weiß, sind wir noch nicht in der Lage aus Energie wieder Materie zu machen. Wenn, dann würden dabei einzelne subatomare Teilchen rauskommen, die sich dann als erste Stufe zu Wasserstoffatomen zusammensetzen würden. Die Wasserstoffatome könnten dann durch Kernfusion zu größeren Atomen umgewandelt werden.

Bisher ist mein letzter Stand aber der, dass es nur andersrum funktioniert. Also man kann einzelne Anti-Protonen erzeugen und sie mit normalen Protonen kollidieren lassen, wodurch sie zerstrahlen und eben Energie erzeugen.

Ist ähnlich, wie mit dem thermodynamischen Gesetz: Man kann zwar z.B. aus elektrischer Energie ganz einfach Hitze erzeugen, aber man kann Hitze nicht wieder direkt in elektrische Energie umwandeln (nur über Umwege, indem man mit der Hitze Wasser zum kochen bringt und mit dem Dampf dann eine Turbine antreibt, die einen Generator antreibt, der Strom erzeugt)

Kommentar von ThomasJNewton ,

Nein, man kann keine einzelnen Antiprotonen erzeugen, auch keine einzelnen Protonen.
Immer nur paarweise.

Es gibt da so einige Erhaltungssätze.

Kommentar von daCypher ,

Mit dem "einzelne Antiprotonen" war eher "wenige Antiprotonen" gemeint. Das sollte nur ein Hinweis darauf sein, dass es recht aufwändig ist, Antiprotonen herzustellen. Wie das genau funktioniert und welche Erhaltungssätze es dabei gibt, hatte ich grade nicht im Kopf

Antwort
von zalto, 25

Die Frage ist so ähnlich wie "Wenn aus einem Backofen Brot kommen kann, welche Brotsorte ist es dann?"

Die Antwort ist in beiden Fällen: Es kommt ganz auf die Zutaten drauf an. Ohne irgendwelche Zutaten gibt es gar kein Brot - nur aus Energie allein entstehen keine reellen, massiven Teilchen. 

Bei Elektron-Positron Kollisionen entstehen Quark-Antiquark Paare - eher exotisch, aber es entsteht wirklich etwas Neues aus der Energie. 

Bestrahlt man Stickstoffatome mit Alphateilchen, entsteht Sauerstoff und ein Proton (Rutherford, 1919). Weniger exotisch, weil keine neue Teilchen ins Spiel kommen, sondern "nur umgebaut" wird - aber es entsteht ein anderes Element.

Antwort
von Nayes2020, 25

das ist natürlich sehr theoretisch, da nicht umsetzbar im moment.

aber welches element rauskommt hängt ab wieviel energie umgewandelt wird.

weil das die anzahl der teilchen und somit die Periodenzahl bestimmen würde.

Antwort
von tomaartomaar, 30

Das ergibt kein Sinn.
Mass/Materie = Energie
Energie ≠ Masse/Materie

Kommentar von SlowPhil ,

Energie ist ein Oberbegriff. Masse im Sinne von

m = (1/c)√{(E_tot/c)² – ‹p|p›}

ist eine Form von Energie, aber nicht die einzige.

Kommentar von tomaartomaar ,

Das wollte ich mit meinem Kommentar ausdrücken. Jegliche Art von Masse ist Energie, jedoch ist Energie nicht gleich Masse.

Keine passende Antwort gefunden?

Fragen Sie die Community

Weitere Fragen mit Antworten