¿Aumenta la masa de un cuerpo que absorbe fotones?

Question

Digamos que tengo un colector de fotones en órbita alrededor del sol. Consigue recoger fotones de forma perfectamente eficiente, es decir, sin irradiar energía.

Entonces, usando la ecuación de Einstein:

$$E = m c^2$$

como el colector absorbe energía, su masa debería aumentar.

¿Es correcto?

Answer 1

Sí.

Creo que debería haber más explicaciones, pero es bastante sencillo. Un cuerpo negro que absorbe energía aumentará su masa. La cantidad absoluta de aumento es bastante minúscula, pero no es cero.

Dado que pregunta por un objeto que no irradie energía, un agujero negro podría ser una analogía decente. Entonces, ¿un agujero negro aumenta su masa cuando caen fotones en su interior? Claro. Si te sirve de ayuda, puedes imaginar que un fotón de energía suficientemente alta puede producir pares de electrones (u otras partículas) que posteriormente podrían caer en el agujero negro... bueno, excepto la antipartícula que se aniquilaría poco después de su creación. En cualquier caso, parece más fácil imaginar el escenario con partículas que tienen masa en reposo porque se corresponde más con nuestra experiencia cotidiana.

Answer 2

Si bien es cierto que la masa aumentará, su requisito de absorción perfecta sin radiación no puede satisfacerse tan fácilmente. La absorción total requeriría una superficie negra a 0 K. Toda superficie, según la Ley de Planck y el Ley de Stefan Boltzmann irradian energía térmica con $\propto T^4$ . Esto limita el aumento de la temperatura a la temperatura de la superficie del sol.

Con la energía térmica de $k_B/2\cdot T$ por grado de libertad se puede intentar estimar el aumento de masa entre la temperatura mínima de partida y 6000 K para un conjunto dado de propiedades del colector.