Всё зависит от того, как при столкновении распределилась между шарами энергия столкновения. Скажем, один был из железа, и нагрелся мало, а другой из пластилина, и нагрелся гораздо сильнее. Тогда и увеличение массы у второго произошло больше. Пренебрегая дальнейшим теплообменом, да и вообще тем, что после столкновения может быть, что отдельно о прежних шарах говорить уже будет нельзя (их вещество смешается, или образуется энергия связи, которую нельзя приписать ни одному из них по отдельности).
Вообще, кроме массы и вектора энергии-импульса, есть ещё такая характеристика, как тензор энергии-импульса. Для холодного вещества он показывает его плотность, а для горячего или быстро движущегося - плотность энергии, плюс плотность импульса и напряжения (плотности сил). В общем случае, чтобы найти массу какого-то объёма вещества, надо проинтегрировать этот тензор энергии-импульса по этому объёму. Если вы находитесь в системе отсчёта, в котором вещество в среднем покоится, то можно проинтегрировать просто энергию (включая и энергию покоя
и тепловую, и химическую, и все другие виды, заканчивая кинетической), и это и даст массу вашего объёма вещества.
