Das Gesetz der Bewahrung der Masse, auch bekannt als des Grundsatzes der Bewahrung der Masse/Sache, stellt fest, dass die Masse eines isolierten Systems (geschlossen für die ganze Sache und Energie) unveränderlich mit der Zeit bleiben wird. Dieser Grundsatz ist zur Bewahrung der Energie im Sinn gleichwertig, wenn Energie oder Masse in einem System eingeschlossen werden und in niemandem oder erlaubt wird, kann sich seine Menge nicht sonst ändern (folglich, seine Menge wird "erhalten"). Die Masse eines isolierten Systems kann infolge Prozesse nicht geändert werden, die innerhalb des Systems handeln. Das Gesetz deutet an, dass Masse nicht geschaffen oder zerstört werden kann, obwohl es im Raum umgeordnet und in verschiedene Typen von Partikeln geändert werden kann; und das für jeden chemischen Prozess in einem isolierten System muss die Masse der Reaktionspartner der Masse der Produkte gleichkommen.

Die Konzepte sowohl der Sache als auch Massenbewahrung werden in vielen Feldern wie Chemie, Mechanik und flüssige Dynamik weit verwendet. Historisch ist der Grundsatz der Massenbewahrung, die in chemischen Reaktionen durch Antoine Lavoisier gegen Ende des 18. Jahrhunderts entdeckt ist, von entscheidender Wichtigkeit in der sich ändernden Alchimie in die moderne Naturwissenschaft der Chemie gewesen.

In chemischen Prozessen bleibt die Bewahrung der Masse ungefähr wahr in einem geschlossenen System, das für den Austausch der Sache geschlossen, aber für den kleinen Austausch der nichtmateriellen Energie mit den Umgebungen offen wird. Jedoch bleibt es genau wahr nur für isolierte Systeme, da Hinzufügung oder Eliminierung der nichtmateriellen Energie entfernt oder kleine Beträge der Masse zu Systemen in der speziellen Relativität hinzufügt. In der speziellen Relativität stellt der Massenenergie-Gleichwertigkeitslehrsatz fest, dass Massenbewahrung zur Gesamtenergie-Bewahrung gleichwertig ist, die das erste Gesetz der Thermodynamik ist. In der speziellen Relativität wird der Unterschied zwischen geschlossenen und isolierten Systemen wichtig, da die Bewahrung der Masse stictly und vollkommen hochgehalten nur für isolierte Systeme ist. In der speziellen Relativität kann Masse nicht zur Energie umgewandelt werden, da Energie immer seinen gleichwertigen Betrag der Masse innerhalb jedes isolierten Systems behält. Jedoch können bestimmte Typen der Sache zur Energie umgewandelt werden, so lange die Masse des Systems im Prozess unverändert ist. Wenn diese Energie von Systemen entfernt wird (d. h. sie werden geöffnet), sie verlieren Masse.

In der allgemeinen Relativität Masse (und Energie) wird die Bewahrung in dehnbaren Volumina des Raums ein kompliziertes Konzept, Thema verschiedenen Definitionen, und weder Masse noch Energie werden so einfach ausschließlich und erhalten, wie in der speziellen Relativität und im Raum von Minkowski der Fall ist. Für eine Diskussion, sieh Masse in der allgemeinen Relativität.

Historische Entwicklung und Wichtigkeit

Eine wichtige Idee in der alten griechischen Philosophie besteht darin, dass "Nichts aus nichts kommt", so dass, was jetzt besteht, immer bestanden hat, da keine neue Sache entstehen kann, wo es niemanden vorher gab. Eine ausführliche Behauptung davon, zusammen mit dem weiteren Grundsatz, dass nichts in nichts vergehen kann, wird in Empedocles gefunden (ca. 490-430 BCE):" Weil es für irgendetwas unmöglich ist zu kommen, um davon zu sein, was nicht ist, und es nicht verursacht oder davon gehört werden kann, dass, was ist, äußerst zerstört werden sollte". Ein weiterer Grundsatz der Bewahrung wurde von Epicurus festgesetzt (341-270 BCE), wer, die Natur des Weltalls beschreibend, geschrieben hat, dass "die Gesamtheit von Dingen immer wie war, ist es jetzt, und wird immer sein". Philosophie von Jain, die eine non-creationist Philosophie und gestützt auf Lehren von Mahavira (das 6. Jahrhundert BCE) ist, stellt fest, dass Weltall und seine Bestandteile wie Sache nicht zerstört oder geschaffen werden können. Jain Texttattvarthasutra (das 2. Jahrhundert) stellt fest, dass eine Substanz dauerhaft ist, aber seine Weisen werden durch die Entwicklung und Zerstörung charakterisiert. Ein Grundsatz der Bewahrung der Sache wurde auch durch Nasīr al-Dīn al-Tūsī (1201-1274) während des 13. Jahrhunderts festgesetzt. Er hat geschrieben, dass "Ein Körper der Sache völlig nicht verschwinden kann. Es ändert nur seine Form, Bedingung, Zusammensetzung, Farbe und andere Eigenschaften und verwandelt sich in eine verschiedene komplizierte oder elementare Sache".

Der Grundsatz der Bewahrung der Masse wurde zuerst klar von Antoine Lavoisier (1743-1794) entworfen. Michail Lomonosov (1711-1765) hatte ähnliche Ideen während 1748 ausgedrückt — und sie durch Experimente bewiesen — obwohl das manchmal herausgefordert wird. Andere, wer die Arbeit von Lavoisier vorausgesehen hat, schließen Joseph Black (1728-1799), Henry Cavendish (1731-1810) und Jean Rey (1583-1645) ein.

Historisch war die Bewahrung der Masse und des Gewichts seit Millennien wegen der schwimmenden Wirkung der Atmosphäre der Erde auf dem Gewicht von Benzin dunkel. Zum Beispiel, da ein Stück von Holz weniger wiegt, nach dem Brennen ist das geschienen darauf hinzuweisen, dass etwas von seiner Masse verschwindet, oder umgestaltet oder verloren wird. Diese Effekten wurden bis zu sorgfältigen Experimenten nicht verstanden, in denen chemische Reaktionen wie das Verrosten in gesiegelten Glasampullen durchgeführt wurden, wodurch es gefunden wurde, dass die chemische Reaktion das Gewicht des gesiegelten Behälters nicht geändert hat. Die Vakuumpumpe hat auch geholfen, das wirksame Wiegen von Benzin mit Skalen zu erlauben.

Einmal verstanden war die Bewahrung der Masse in der sich ändernden Alchimie zur modernen Chemie von großer Bedeutung.

Als Chemiker begriffen haben, dass Substanzen nie vom Maß mit den Skalen verschwunden sind (sobald Ausgelassenheitseffekten festgehalten wurden oder sonst verantwortlich gewesen worden waren), konnten sie zum ersten Mal quantitative Studien der Transformationen von Substanzen unternehmen. Das hat der Reihe nach Ideen von chemischen Elementen, sowie die Idee erzeugt, dass alle chemischen Prozesse und Transformationen (sowohl einschließlich des Feuers als auch einschließlich Metabolismus) einfache Reaktionen zwischen Invariant-Beträgen oder Gewichten dieser Elemente sind.

Generalisation

In der speziellen Relativität gilt die Bewahrung der Masse nicht, wenn das System offen ist und Energieflüchte. Jedoch setzt es wirklich fort, für völlig geschlossene (isolierte) Systeme zu gelten. Wenn Energie keinem System entkommen kann, kann seine Masse nicht abnehmen. Während jeder Typ der Energie in einem System in der Relativität behalten wird, stellt diese Energie Masse aus.

Die mit chemischen Beträgen der Energie vereinigte Masse ist zu klein, um zu messen

Der Änderung in der Masse von bestimmten Arten von offenen Systemen, wo Atomen oder massiven Partikeln nicht erlaubt wird zu flüchten, aber andere Typen der Energie (wie Licht oder Hitze) wurde erlaubt, hereinzugehen oder zu flüchten, ist unbemerkt während des 19. Jahrhunderts gegangen, weil die Massenänderung, die mit der Hinzufügung oder dem Verlust der Bruchteile der Hitze und des mit chemischen Reaktionen vereinigten Lichtes vereinigt ist, sehr klein war. (In der Theorie würde sich Masse überhaupt für Experimente nicht ändern, die in geschlossenen Systemen durchgeführt sind).

In der Relativität wurde die theoretische Vereinigung der ganzen Energie mit der Masse von Albert Einstein 1905 gemacht. Jedoch hat Max Planck zuerst darauf hingewiesen, dass die Änderung in der Masse von Systemen, für die in den chemischen Beträgen der Energie oder aus Systemen, wie vorausgesagt, durch die Theorie von Einstein erlaubt wurde, so klein war, dass es mit verfügbaren Instrumenten nicht gemessen werden konnte, selbst wenn es als ein Test der Relativität gesucht wurde. Einstein hat der Reihe nach nachgesonnen, dass die mit radioaktiven Phänomenen vereinigten Energien im Vergleich zur Masse von Systemen so groß waren, die sie erzeugen, dass sie als Verlust der Bruchmasse in Systemen gemessen werden könnten, einmal war die Energie entfernt worden. Das hat sich später tatsächlich erwiesen, möglich zu sein, obwohl es schließlich die ersten künstlichen Kernumwandlungsreaktionen in den 1930er Jahren mit Zyklotronen sein sollten, die einen erfolgreichen Test der Theorie von Einstein bezüglich des Massenverlustes mit dem Energieverlust bewiesen haben.

Massenbewahrung bleibt richtig, wenn Energie nicht verloren wird

Die Bewahrung der relativistischen Masse deutet an, dass der Gesichtspunkt eines einzelnen Beobachters (oder die Ansicht von einem einzelnen Trägheitsrahmen) seit dem Ändern von Trägheitsrahmen auf eine Änderung der Gesamtenergie (relativistische Energie) für Systeme hinauslaufen kann, und diese Menge die relativistische Masse bestimmt.

Der Grundsatz, dass die Masse eines Systems von Partikeln der Summe ihrer Rest-Massen gleich sein muss, wenn auch wahr in der klassischen Physik, kann in der speziellen Relativität falsch sein. Der Grund, dass Rest-Massen einfach nicht hinzugefügt werden können, besteht darin, dass das andere Formen der Energie nicht in Betracht zieht, wie kinetische und potenzielle Energie und massless Partikeln wie Fotonen, von denen alle können (oder kann nicht), betreffen die Masse von Systemen.

Um massive Partikeln in einem System zu bewegen, die Rest-Massen der verschiedenen Partikeln untersuchend, beläuft sich auch auf das Einführen vieler verschiedener Trägheitsbeobachtungsrahmen (der verboten wird, wenn Gesamtsystemenergie und Schwung erhalten werden sollen), und auch wenn im Rest-Rahmen einer Partikel dieses Verfahren die Schwünge anderer Partikeln ignoriert, die die Systemmasse betreffen, wenn die anderen Partikeln in der Bewegung in diesem Rahmen sind.

Für den speziellen Typ der Masse genannt invariant Masse, den Trägheitsrahmen der Beobachtung für ein ganzes geschlossenes System ändernd, hat keine Wirkung auf das Maß der invariant Masse des Systems, das sowohl erhalten als auch invariant sogar für verschiedene Beobachter bleibt, die das komplette System ansehen. Masse von Invariant ist eine Systemkombination der Energie und des Schwungs, der invariant für jeden Beobachter ist, weil in jedem Trägheitsrahmen die Energien und Schwünge der verschiedenen Partikeln immer zu derselben Menge beitragen. Die invariant Masse ist die relativistische Masse des Systems, wenn angesehen, im Zentrum des Schwung-Rahmens. Es ist die minimale Masse, die ein System in allen möglichen Trägheitsrahmen ausstellen kann.

Die Bewahrung sowohl der relativistischen als auch invariant Masse gilt sogar für Systeme von durch die Paar-Produktion geschaffenen Partikeln, wohin die Energie für neue Partikeln aus der kinetischen Energie anderer Partikeln, oder von einem Foton als ein Teil eines Systems kommen kann. Wieder, weder das relativistische noch die invariant Masse von völlig geschlossenen (d. h. isoliert) ändern sich Systeme, wenn neue Partikeln geschaffen werden. Jedoch werden verschiedene Trägheitsbeobachter auf dem Wert dieser erhaltenen Masse nicht übereinstimmen, wenn es die relativistische Masse ist. Jedoch einigen sich alle Beobachter über den Wert der erhaltenen Masse, wenn die Masse, die wird misst, die invariant Masse ist.

Die Massenenergie-Gleichwertigkeitsformel verlangt isolierte Systeme seitdem, wenn Energie erlaubt wird, einem System zu entkommen, werden sowohl relativistische Masse als auch invariant Masse auch flüchten.

Die Formel deutet an, dass gebundene Systeme eine invariant Masse haben (lassen Sie Masse für das System ausruhen) weniger als die Summe ihrer Teile, wenn der Bindungsenergie erlaubt worden ist, dem System zu entkommen, nachdem ist das System gebunden worden. Das kann durch das Umwandeln der Systempotenzial-Energie in eine andere Art der aktiven Energie, wie kinetische Energie oder Fotonen geschehen, die leicht einem bestimmten System entkommen. Der Unterschied in Systemmassen, genannt einen Massendefekt, ist ein Maß der Bindungsenergie in bestimmten Systemen - mit anderen Worten, die Energie musste das System auseinander brechen. Je größer der Massendefekt, desto größer die Bindungsenergie. Die Bindungsenergie (der selbst Masse hat) muss veröffentlicht werden (als Licht oder Hitze), wenn die Teil-Vereinigung, um das bestimmte System zu bilden, und das der Grund die Masse der bestimmten Systemabnahmen ist, wenn die Energie das System verlässt. Die invariant Gesamtmasse wird wirklich erhalten, wenn die Masse der Bindungsenergie, die geflüchtet ist, in Betracht gezogen wird.

Ausnahmen

Der Grundsatz der Sache-Bewahrung kann als ein ungefähres physisches Gesetz betrachtet werden, das nur im klassischen Sinn, ohne Rücksicht der speziellen Relativität und Quant-Mechanik wahr ist. Eine andere Schwierigkeit mit der Idee von der Bewahrung "der Sache" besteht darin, dass "Sache" nicht ein bestimmtes Wort wissenschaftlich ist, und wenn Partikeln, die, wie man betrachtet, "Sache" sind (wie Elektronen und Positrone) vernichtet werden, um Fotonen zu machen (die häufig als Sache nicht betrachtet werden) dann, findet die Bewahrung der Sache sogar in isolierten Systemen nicht statt.

Masse wird auch in offenen Systemen nicht allgemein erhalten (selbst wenn sich nur öffnen, um zu heizen und zu arbeiten), wenn in verschiedene Formen der Energie, oder aus, das System erlaubt wird (sieh zum Beispiel, Bindungsenergie). Jedoch setzt das Gesetz der Massenbewahrung für isolierte Systeme (völlig geschlossen für die ganze Masse und Energie), wie angesehen, mit der Zeit von jedem einzelnen Trägheitsrahmen, fort, in der modernen Physik wahr zu sein. Der Grund dafür besteht darin, dass relativistische Gleichungen zeigen, dass sogar "massless" Partikeln wie Fotonen noch Masse und Energie zu isolierten Systemen hinzufügen, Masse (obwohl nicht Sache) erlaubend, in allen Prozessen erhalten zu werden, wohin Energie dem System nicht entkommt. In der Relativität können verschiedene Beobachter nicht betreffs des besonderen Werts der Masse eines gegebenen Systems übereinstimmen, aber jeder Beobachter wird zugeben, dass sich dieser Wert mit der Zeit nicht ändert, so lange das System (völlig geschlossen für alles) isoliert wird.

In der allgemeinen Relativität wird die invariant Gesamtmasse von Fotonen in einem dehnbaren Volumen des Raums wegen der roten Verschiebung solch einer Vergrößerung abnehmen (sieh Masse in der allgemeinen Relativität). Die Bewahrung sowohl der Masse als auch Energie hängt dann von Korrekturen ab, die zur Energie in der Theorie wegen der sich ändernden potenziellen Gravitationsenergie solcher Systeme ausgebessert sind.

Siehe auch

• Antoine Lavoisier
• Albert Einstein
• Bewahrungsgesetz
• Kontinuitätsgleichung in der flüssigen Dynamik
• Grundwasser-Energie erwägt
• Massengleichgewicht
• Gesetz der Identität
• Das zweite Gesetz der Thermodynamik