Una bomba atómica explota dentro de un contenedor "irrompible" que se encuentra en una balanza. ¿Cambia el "peso" del contenedor?

Leí que la mayor parte de la "masa" en el protón era en realidad energía de los quarks y gluones, a diferencia de la masa real que estaba acoplada al campo de Higgs. Esto me hizo empezar a pensar en objetos a escala macroscópica y los efectos de la energía y la masa en un sistema macroscópico cerrado.

He leído vigorosos debates y argumentos sobre la importancia de la equivalencia masa-energía y lo que significa en términos del "peso" de un objeto.

Entonces, mi pregunta es si dicha bomba atómica explotara dentro de un contenedor completamente impenetrable de algún tipo, ¿cambiaría el peso medido del contenedor, suponiendo que ninguna radiación pudiera escapar del contenedor?

Bonito contenedor. ¿Puedo tener uno? De todos modos, la respuesta corta es no. El peso medido sería el mismo. El contenido de energía del contenedor sigue siendo el mismo, por lo que el acoplamiento a la gravedad (el peso) también sigue siendo el mismo. No estoy seguro de dónde vienen los debates. La física es inequívoca: es el contenido de energía de la caja (+ el campo gravitatorio de la Tierra) lo que determina el peso. Toda la energía gravita. No importa un ápice si cree que la energía interna cuenta como la masa en reposo de alguna(s) partícula(s).
¡La caja sería realmente impresionante! No importa cuán pequeña sea su bomba, la caja deberá proteger a los neutrinos, lo que incluso para los mejores materiales que puede encontrar hace que tenga al menos unos pocos años luz de espesor. Dejando de lado esas complicaciones menores, la respuesta es bastante sencilla.
Lo más probable es que la explosión sacuda el contenedor; por lo tanto, si coloca su contenedor en una balanza, su número mostrará un pico durante la explosión. Por ejemplo, coloque una caja en una balanza (una bastante grande), luego entre en la caja, atrape su puerta y salte. Aunque el contenido de energía de la caja no cambiará, un juez estará de acuerdo en que el número de la báscula variará.
La empresa a la que le compraste el contenedor te engañó. Y también la compañía de la que trajiste la bomba atómica.
¿La caja también está perfectamente aislada? si es así, entonces el peso no cambia. Si eventualmente pierde todo el calor de la explosión, definitivamente tendrá menos masa después de que se enfríe a temperatura ambiente.
Versión alternativa de la pregunta, para dejar de ser sobre el significado de "irrompible": si una bomba atómica explota dentro del horizonte de eventos de un agujero negro, ¿cambia la masa del agujero negro? (Como consecuencia de la explosión: no me refiero a la radiación simultánea de Hawking que habría ocurrido de todos modos...)

Respuestas (2)

No, no cambiaría debido a la ley de conservación de energía o la ley de conservación de masa; estas son las mismas leyes en relatividad donde mi = metro C 2 . La energía nuclear extraída de los núcleos por fisión se convertiría en otras formas de energía dentro de la caja, en última instancia, la energía térmica.

Alta temperatura significa que las partículas se mueven a velocidades más altas y también tienen una masa más alta, debido a la dependencia relativista de la masa con respecto a la velocidad. Este aumento de la masa debido a la mayor velocidad/temperatura de las partículas compensaría exactamente la disminución total de la masa en reposo.

Dentro de la caja, el campo gravitatorio sería diferente porque en la relatividad general, no es solo la densidad de masa/energía sino también la presión, todos los componentes del tensor de tensión-energía, lo que influye en el campo gravitatorio local. Sin embargo, suponiendo que la caja sea perfectamente incompresible, etc., el campo gravitatorio fuera de la caja estaría totalmente dictado por la masa total de la caja y no por los detalles sobre la presión dentro de la cavidad, por lo que no cambiaría. Debido al principio de equivalencia, la masa medida por una escala y/o la resistencia a la aceleración también permanecerían sin cambios.

¿Significa esto que la radiación dentro de la caja, a pesar de que su "forma" sea masa o energía, contribuye al campo gravitacional que luego influye en la escala? Entonces, ¿toda la radiación que queda en la caja, y toda la radiación que entra en procesos como el calentamiento de las paredes interiores de la caja, etc., contribuirá con la misma cantidad de "gravedad" que antes de la explosión?
Sí, como escribí con suerte, la radiación en la caja contribuye de la misma manera a la gravedad. La radiación tiene un tensor de energía de tensión distinto de cero (momento y densidad y flujo de energía) y el tensor de energía de tensión distinto de cero es lo que causa la gravedad en GR.

Estoy de acuerdo con muchos puntos mencionados en la publicación anterior, pero la respuesta es: "Sí, el peso (masa) cambiaría".

Mis razones son simples. Usted afirma que se está utilizando un contenedor irrompible, para que los productos de la explosión queden contenidos en su interior. Por muy irrompible que sea este contenedor, no podrá contener toda la radiación producida en la explosión. Es probable que la radiación alfa y beta estén contenidas, pero no así los rayos gamma y quizás otras formas de radiación. Si el contenedor se calienta, emitirá un amplio espectro de ondas electromagnéticas, infrarrojas y quizás luz visible (podría estar al rojo vivo). Como todos estos tipos de radiación se llevan energía, la masa (y el peso) cambiará de acuerdo con la equivalencia masa-energía mencionada E=m*c^2.

Otra pérdida serían los neutrinos producidos durante la desintegración radiactiva. Los neutrinos son pequeñas partículas elementales que solo se unen semanalmente con otra materia. Ningún recipiente puede contenerlos. Cada segundo, grandes cantidades de neutrinos producidos por el sol fluyen a través de la tierra, fluyen a través de cada persona en el planeta, y solo un pequeño porcentaje de ellos interactúa con los núcleos de los átomos en su camino.

Esos neutrinos tienen una masa diminuta y cambiarían el peso.

Tu contenedor no solo tendría que ser irrompible, sino también impenetrable a la radiación y los neutrinos y además no debería conducir nada de calor (cosa que es prácticamente imposible). En este improbable caso, el "peso" no cambiaría.

Suerte con ello. ;-)

Creo que queda bastante claro a partir de su pregunta que este es solo un experimento mental, diseñado para comprender la relación entre la energía y la gravedad. No estoy seguro de por qué todos se enfocan en el problema irrelevante de "ingeniería" de diseñar una caja.
Una bomba atómica explota dentro de un contenedor "irrompible" que se encuentra en una balanza. ¿Cambia el "peso" del contenedor?
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