Massenzunahme eines Protons

Liebe Gemeinde,

meine Frage kann sicher leicht von den hier anwesenden Physik-Profis beantwortet werden, hoffe ich...

Wenn man ein Proton ganz knapp bis an die Grenze der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, ist ja irgendwann der Punkt erreicht an dem die Masse zunimmt.

Würde man nun die Energie ganzer Sterne zur Verfügung haben um ein einzelnes Proton zu beschleunigen, würde die Energie ja ab einem bestimmten Punkt ja in Masse umgewandelt.

Somit wäre es ja zumindest in der Theorie denkbar, dass man so ein Proton mit einer Masse hätte, die millionenfach grösser als die der Erde wäre, oder seh ich das irgendwie falsch?

Hie kannst du mal nachlesen ;)

http://www.sternenweltforum.net/viewtopic.php?f=2&t=42

Danke,

soweit habe ich es ja auch verstanden.

Also könnte man bei genügender Energiezufuhr ein Proton auf 20 oder 30 Sonnenmassen bringen?

Das müsste doch dann sofort kollabieren, oder?

@subhuman

Sofort kollabieren? Im eigenen Referenzrahmen wiegt das Ding ja nicht mehr als vorher. Da wird nur die Zeit verzerrt. Von dem Proton aus betrachtet kollabiert der Rest des Universums wahrscheinlich eher.

@wuwei

ich muss zugeben, dass ich nicht so ganz verstehe was du damit meinst...

Wenn die Energie von 20 oder 30 Sternen für die Beschleunigung aufgebracht wurde, müsste ein einzelnes Proton doch dann eine Masse haben, die die der Erde millionenfach übertrifft und auf Grund von Geschwindigkeit und Masse die Zeit nahezu stillstehen?

Wichtig !

Aug 23, 2010 Es braut sich was zusammen...

http://www2.nict.go.jp/y/y223/simulation/realtime/index.html (Archiv-Version vom 25.08.2010) Last actual figure for the protons 17 minutes ago was 60.5 and it appears on the graphs at ACE to be going much higher than that. I have NEVER seen this many protons of this duration, in this type event. I thought at first this was the coronal hole that is expected in two days, but it"s NOT.

der letzte Protonenwert lag vor 17 Minuten bei 60.5 und es scheint den Grafiken von ACE nach noch viel weiter höher hinauf zu gehen als dieser Wert. Ich habe noch NIE so viele Protonen während solcher Dauer gesehen, bei einem derartigen Ereignis. Ich dachte erst, es würde sich um das koronale Loch handeln, das in 2 Tagen erwartet wird, aber das ist es NICHT.

http://www.swpc.noaa.gov/ace/ace_rtsw_data.html (Archiv-Version vom 19.08.2010)

@subhuman

Geschwindigkeit ist relativ. Wenn wir den Referenzrahmen mal auf das Proton setzen, dann bewegt sich der Rest der Welt fast mit Lichtgeschwindigkeit. Genauso sieht es von dem Proton aus gesehen nämlich aus, denn bei ihm vergeht kaum Zeit, während bei uns alles sehr schnell geht.

@subhuman
Interessanter Gedankengang, du hast da aber eine gewisse Kleinigkeit falsch verstanden. Die Beschreibung der Masse bei zunehmender Geschwindigkeit, hängt von der Trägenmasse ab. Man sagt ja Trägemasse = Masse und umgekehrt. Wenn ich also ein Proton beschleunige, stemmt sich mir ein Wiederstand entgegen, der sich proportional zur Masse dessen verhält. Das gleiche gilt übrigens auch umgekehrt, also wenn ich es wieder abbremse (verzögere). Woraus man schließt, je schneller ein Proton z.b. ist, des so größer ist seine Trägemasse und damit auch seine Masse.
So ..., nun ist aber spätestens bei der Lichtgeschwindigkeit schluss. Schneller geht es nicht, und somit ist die maximal Masse begrenzt. Und die liegt nicht bei 10^6 Erdmassen, sondern bei E=mc².

Obendrein ist es auch noch relativ zu betrachten, also zu was sich das Proton relativ bewegt.

@Foss

Foss schrieb: Schneller geht es nicht, und somit ist die maximal Masse begrenzt.

höh?
Nein, die Masse kann beliebig groß werden, wenn man genügend Energie reinsteckt...
Wenn bei E = mc² schon Schluss wäre, dann wäre die maximal Geschwindigkeit v = 0.

Theoretisch ist es möglich, aber was auch zu bedenken ist: Ein solches Proton Wechselwirkt wenig mit seiner Umgebung (es fliegt ja an allem sehr schnell vorbei). Würde man aber direkt von ihm getroffen werden, dann Hinterlässt es sicher einer mächtigen Krater.

In der Realität gib es zum Glück gewisse Effekte, welche solche Protonen eindämmen:

Wikipedia: GZK-Cutoff

Ab einer gewissen Energie und einer durchschnittlichen Weglänge wechselwirken Protonen mit dem den Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung, wobei Pionen (welche sehr schnell zerfallen) entstehen. Das passiert solange bis die Protonen unter einem bestimmten Energieniveau (6*10^19 eV) sind.

Somit wird man derartig hochenergetische Protonen nur (im kosmischen Maßstab) nahe an ihrem Entstehungsort beobachten können.

sasori-sama schrieb:Nein, die Masse kann beliebig groß werden, wenn man genügend Energie reinsteckt...

Eben nicht. Wenn ein Pferdewagen schon mit 2 Pferden die Maximalgeschwindigkeit erreicht hat, die ein Pferd erreichen kann, dann bringt es nichts noch mehr Pferde davor zu spannen. Ein Proton kann nicht mehr Masse besitzen zum Verhältnis seiner Maximalgeschwindigkeit. Man hat sogar herausgefunden, das Elektronen z.b. mit zunehmender Energie, eine negative Trägemasse bekommen.

@Foss

Foss schrieb:Ein Proton kann nicht mehr Masse besitzen zum Verhältnis seiner Maximalgeschwindigkeit.

Es hat keine Maximalgeschwindigkeit, da immer gilt v < c.
Nur das es kinetisch keinen großen Unterschied macht, ob es mit 0,99999c oder 0,99999999c unterwegs ist. Der energetische Unterschied ist allerdings immens!

Foss schrieb:Man hat sogar herausgefunden, das Elektronen z.b. mit zunehmender Energie, eine negative Trägemasse bekommen.

Da hätte ich doch sehr gerne mal eine Quellenangabe ...
Das würde die Spezielle Relativitätstheorie doch glatt widerlegen ;)

sasori-sama schrieb:Da hätte ich doch sehr gerne mal eine Quellenangabe ...

http://www.weltderphysik.de/de/4245.php?ni=1795

sasori-sama schrieb:Das würde die Spezielle Relativitätstheorie doch glatt widerlegen

Würde ich nicht behaupten, aber das die Energie eines Proton übers seine Masse (E=mc²) hinausgeht schon.

sasori-sama schrieb:Es hat keine Maximalgeschwindigkeit, da immer gilt v < c.

Theoretisch schon, nur ist die Maximalgeschwindigkeit genauso unmöglich zu erreichen, wie der absolute Nullpunkt.

sasori-sama schrieb:Nur das es kinetisch keinen großen Unterschied macht, ob es mit 0,99999c oder 0,99999999c unterwegs ist. Der energetische Unterschied ist allerdings immens!

Genau, denn um ein Proton immer weiter an die Lichtgeschwindigkeit zu bringen, braucht man immer mehr Energie².

@Foss

Foss schrieb:Würde ich nicht behaupten, aber das die Energie eines Proton übers seine Masse (E=mc²) hinausgeht schon.

*HUST*

E(v) = mc²*Gamma
Mit Gamma = (1-v²/c²)^-(1/2)
Für |v| > 0 ist Gamma > 1 und damit E > mc²

Foss schrieb:Man hat sogar herausgefunden, das Elektronen z.b. mit zunehmender Energie, eine negative Trägemasse bekommen.

Hier geht es um hohe elektrische Felder, nicht um hohe Geschwindigkeiten.

Foss schrieb:Genau, denn um ein Proton immer weiter an die Lichtgeschwindigkeit zu bringen, braucht man immer mehr Energie².

Richtig, dann hast Du Dir ja gerade selbst widersprochen bezüglich der maximalen Energie...

Kein massebehaftetes Teilchen ist in der Lage die Lichtgeschwindigkeit ganz zu erreichen.

Die Zunahme der Masse und die Verkürzung eines massebehafteten Teilchens sind allerdings unbegrenzt, sie würden bei Lichtgeschwindigkeit unendlich Masse und Verkürzung zeigen.
Eben so wie auch unendlich zugefügte Energie ein massebehaftetes Teilchen nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit macht.

Die Aussage bezüglich der negativen Trägermasse trifft für Tachyonen zu, jedenfalls negativ abbauend bis zum Zustand Energie 0. Die Geschwindigkeit dieser Teilchen geht gegen 0 Energie ins Unendliche. Ihre Geschwindigkeit fällt auch niemals unter Lichtgeschwindigkeit. Von daher gibt es schon eine negative Trägermasse. Tachyonen sind hypothetisch, da sie sich aber immer mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen, in unserem Bezugssystem eh nicht erfassbar. Von daher wird es niemals eine Bestätigung oder Ablehnung dieser Teilchen geben können.

Das widerlegt auch nicht die SRT, das es Teilchen geben könnte wie die Tachyonen, die eine negative Trägermasse zeigen können.

Wenn man an nimmt das die Erdatmosphäre und die Schwerkraft der Erde 600000 km hoch wären (was sie nicht sind) würde ein massebehaftetes Teilchen das nach einer Sekunde Flug fast Lichtgeschwindigkeit erreicht nicht als megatonnen schweres, stark verkürztes etwas wieder auf die Erde aufschlagen. Es hat sein eigenes Bezugssystem in dem es immer gleich bleibt, wie auch die Erde ein eigenes Bezugssystem hat.

Könnte man diesem Teilchen hinter her reisen und es wiegen und messen bliebe es unverändert, würde man die Zeit messen und das Teilchen hätte eine Uhr an, wäre auf dieser Uhr weniger Zeit vergangen als z.B.auf der Uhr desjenigen der das Teilchen abgeschossen hat. Bezüglich Masse, Ausdehnung, Zeit sind die Werte für den Beobachter anders, eben relativ.

Wenn man Anhänger der Zeit ist, trifft es auch für die Zeit zu, da ich Zeit als Erfindung des Menschen betrachte um Unterscheidungen treffen zu können zwischen vor - jetzt und danach, vernachlässige ich das mit der Uhr. Der Rest ist aber höchst faszinierend.

Eigentlich geht es hier um die Masse eines Protons, was auf hohe Geschwindigkeit gebracht wird. Um genau zu sein um die Trägemasse im bezug auf die relative Geschwindigkeit, denn die Masse eines Proton, bleibt für sich selbst gleich (eine Protonmasse, bleibt eine Protonmasse). Es wird halt nur relativ gesehen, außerhalb des Systems-Proton.
Die kinetische Energie hängt von zwei Faktoren ab, Masse und Geschwindigkeit. Das Verhältnis dieser Faktoren ist so: E(kin.) = m x v²
Da die Masse des Protons gleich bleibt und der Geschwindigkeit Grenzen gesetzt sind, kann man nicht unendlich viel Energie in eines stecken. Anderes Beispiel: Versucht man mit einem Wert (1) auf den Wert (2) zu kommen, indem man immer die Hälfte des vorhergegangenen Werten addiert, kann man zwar immer erhöhen, aber man wird nie auf den Wert (2) kommen.

sasori-sama schrieb:Richtig, dann hast Du Dir ja gerade selbst widersprochen bezüglich der maximalen Energie...

In dem Sinne habe ich mich dann nicht widersprochen, da die Energie zwar immer erhöht werden kann – mathematisch gesehen -, letztendlich aber es ein Minimaleinsatz von Energie gibt, der auf dem Plankchenwirkungsgrad liegt.

Das ist jetzt meine Ansicht der Sache, denn es muss eine beschränkte Aufnahme von Energie eines Teilchens geben.

zu differenzieren ist die ruhemasse von der masse die du meinst, welche aufgrund der bewegung erzeugt wird.

@Foss

Foss schrieb:Das Verhältnis dieser Faktoren ist so: E(kin.) = m x v²

Die Formel für die kinetische Energie lautet E = mc²*(1-(v²/c²))^-(1/2) - mc² ...

Foss schrieb:Da die Masse des Protons gleich bleibt und der Geschwindigkeit Grenzen gesetzt sind, kann man nicht unendlich viel Energie in eines stecken.

Na logisch.
Nimm die Formel und bilde den Grenzwert für v -> c ... dann geht E -> oo

Foss schrieb:Das ist jetzt meine Ansicht der Sache, denn es muss eine beschränkte Aufnahme von Energie eines Teilchens geben.

Die gibt es aber anscheinend nicht. Jedenfalls wäre mir nicht bekannt, dass eine entdeckt wurde...

subhuman schrieb am 23.08.2010:Also könnte man bei genügender Energiezufuhr ein Proton auf 20 oder 30 Sonnenmassen bringen?

Theoretisch wär das möglich. Bei Lichtgeschwindigkeit unendlich, aber das ist nicht mal theoretisch drin.

@subhuman
Theoretisch ja. Da Materie laut Theorie und Praxis nicht die absolute Lichtgeschwindigkeit erreichen kann, muss ja mit der zugeführten Energie etwas passiert. Also wandelt sich die Energie in Masse des Teilchens um.