¿Cuál es el nombre correcto de la "masa" que aumenta con el calor?

Question

El término ' masa relativista ' está superado y en muchas respuestas de este sitio se afirma a menudo que el término masa debe utilizarse sólo para resto(/invariante) masa.

John Rennie explica que :

... pero hay que tener claro que la masa relativista es una computacional dispositivo y no significa que la masa esté cambiando. No le pasa nada a el oro. Si estoy sentado junto al oro mientras tú te alejas a toda velocidad en tu nave espacial, no veré que le pase nada.

Pero añade que:

el punto clave. Cuando calentamos el oro todos los observadores, sin importar su velocidad, estarán de acuerdo en que el oro ha cambiado porque todos vemos que absorbe la luz de la lámpara de infrarrojos

Entonces, se pretende que la masa del oro sí ha cambiado, ¿es así? Si es así, además de la masa en reposo hay algo más, pero John Rennie no lo especifica cómo el oro ha cambiado y si se nos permite llamar a la entidad aumentada masa en cuyo caso tal vez masa térmica ¿es el término correcto? Si es masa, ¿en qué se diferencia de la masa de un electrón?

¿Sabe por casualidad si hay alguna teoría que explique lo que realmente ocurre: cómo cambia el oro y aumenta la "masa"?

Answer 1

Supongamos que consideramos un solo átomo de oro. Tiene una masa $m$ y hay una energía asociada dada por la famosa ecuación de Einstein:

$$ E = mc^2 $$

Pero el átomo de oro puede absorber energía y transformarse en un estado excitado. Puede hacerlo porque tiene una estructura interna, es decir, electrones que rodean un núcleo, y puede absorber energía reordenando sus electrones. Pero supongamos que absorbe algo de energía extra $\Delta E$ entonces su energía total ha aumentado, y la ecuación (1) nos dice que la masa debe aumentar también:

$$ E + \Delta E = m'c^2 $$

donde $m'$ es la masa (aumentada) del estado excitado.

Y esto significa que la masa del átomo de oro no es una constante. Para especificar la masa también tenemos que decir si el átomo de oro está en un estado excitado o no. En la práctica, cuando hablamos de la masa de un átomo de oro nos referimos a la masa de un átomo de oro en su estado básico ( $3.92484812 \times 10^{-24}$ kg según Wikipedia ).

Si en lugar de un átomo de oro consideramos una partícula elemental como un electrón, entonces no tiene estructura interna, por lo que no puede absorber energía como un átomo. Esto significa que la energía de un electrón estacionario tiene un valor constante y no puede cambiar como la energía de un átomo. Así que la masa del electrón:

$$ m_e = \frac{E_\text{electron}}{c^2} $$

es una constante universal. Esto es lo que llamamos la masa en reposo o masa invariante del electrón.

Estrictamente hablando, no podemos hablar de la masa en reposo de un átomo de oro, o de cualquier otra cosa que no sea una partícula elemental, sin dar información adicional, por ejemplo masa en reposo del átomo de oro en su estado básico . En la práctica somos perezosos y utilizamos el término masa en reposo para los sistemas compuestos y asumir que todo el mundo sabe que nos referimos a en el estado de reposo .

No existe un término específico para la masa de un sistema compuesto en estado de excitación, simplemente utilizamos el término masa .

A los principiantes en relatividad les parece impar que la masa pueda cambiar, pero ésta es una de las cosas de la relatividad a las que hay que acostumbrarse. La ecuación masa-energía de Einstein no es un simple juguete matemático y la masa en reposo de los sistemas relativistas puede depender, y de hecho depende, de su energía.