¿Por qué un objeto con masa no viaja a la velocidad de la luz?

Las ecuaciones de relatividad especial describen cómo una partícula con masa requiere más y más energía para acelerarse a medida que se acerca a la velocidad de la luz, c. ¿Por qué es un poco más complejo?

Comencemos discutiendo una partícula cargada, porque algunos efectos relativistas pueden ser algo con lo que esté más familiarizado y luego cambiaremos a un objeto masivo neutral.

Una partícula cargada genera una red compleja de campos eléctricos. Así es como dos partículas cargadas interactúan entre sí a distancia. Cuando aceleras la partícula cargada, parte de la red de campos eléctricos se desprende (radiación ciclotrónica, radiación bremsstrahlung). Además, a medida que aceleras la partícula, sus campos eléctricos se vuelven más densos debido a la contracción de la longitud relativista del espacio donde se irradian las líneas de campo. Finalmente, llega al punto de que casi la energía que pone en acelerar la partícula se cae a través de la radiación electromagnética.

Las partículas masivas neutras generan una compleja red de campos gravitacionales. Así es como dos partículas masivas interactúan entre sí a distancia. Cuando aceleras una partícula masiva lo suficientemente rápido, y estos campos gravitacionales se vuelven lo suficientemente densos, obtienes un efecto análogo, y la radiación de gravitón arroja energía.

Sin profundizar demasiado en un tratado sobre relatividad, hay dos formas de ver esto.

Primero, sepa esto: la energía y la masa son dos caras de la misma moneda. La masa se puede convertir en energía, y viceversa. Ambos hacen muchas de las mismas cosas, incluso gravitar. Así es, incluso la energía ejerce una atracción gravitacional. De hecho, podría argumentar que solo la energía gravita, y la única razón por la que la masa gravita es por la energía envuelta en la masa.

De todos modos, es importante entender eso.

Ahora bien, supongamos que tienes masa … porque la tienes. Si comienzas a moverte, entonces ganas energía cinética. ¡Pero espera! La energía es intercambiable con la masa, por lo que si ganas energía cinética, es como si ganaras más masa . Eso sí, no es mucha masa, porque el tipo de cambio entre energía y masa favorece fuertemente la energía. De todos modos, si los hermanos gemelos tienen una masa de descanso idéntica, pero uno se está moviendo, entonces el gemelo en movimiento tiene un poco más de equivalencia de masa que el hermano estacionario.

Y si un objeto en movimiento tiene más masa, o más equivalencia de masa, entonces requiere aún más energía para que se mueva más rápido. Quizás puedas ver a dónde va esto. Cuanto más rápido se mueve un objeto, más masa tiene, y cuanto más masa tiene, más energía se necesita para hacer que el objeto se mueva aún más rápido.

A velocidades relativamente “normales”, el aumento de masa es apenas medible, y no afecta los requerimientos de energía de ninguna manera significativa. Pero a medida que se acerca a la velocidad de la luz, su equivalencia de masa crece sin límites. En un círculo vicioso de retroalimentación, tu energía de masa grita hacia el infinito a medida que te acercas a c .

Ergo, nada con masa puede alcanzar la velocidad de la luz, porque literalmente requeriría una energía infinita para hacerlo.

Los objetos sin masa, como los fotones, solo pueden viajar a la velocidad de la luz en el vacío. (Lo sé, la luz “viaja más lentamente” a través de medios transparentes como el agua o el vidrio, pero eso tiene más que ver con interacciones cuánticas complejas y menos con la velocidad real de la luz).

Hay otra forma de abordar esta pregunta. Es menos satisfactorio pero quizás más poético. El espacio y el tiempo están entrelazados: vivimos en un universo de ambos. Se podría decir que nuestro movimiento a través del espacio afecta nuestro movimiento a través del tiempo, y viceversa. A velocidades “normales”, estamos dominados por nuestro movimiento a través del tiempo, simplemente no vamos tan rápido en el espacio. Pero si pudiera acercarse a la velocidad de la luz, su movimiento a través del tiempo se ralentizaría. Ahora vale la pena señalar que no se daría cuenta de que está operando lentamente, pero cualquier persona fuera de su nave espacial (o cualquier vehículo que haya manipulado para acercarse a la velocidad de la luz) lo vería a usted y a todo lo demás dentro de la nave espacial moviéndose muuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuu Cuanto más rápido vaya, más lento progresará en el tiempo, desde una perspectiva externa. Si realmente pudieras alcanzar la velocidad de la luz, el paso del tiempo para ti simplemente … se detendría.

Pero eso es imposible. Si el paso del tiempo se detiene, el resto de tu existencia pasaría en tiempo cero. Además, la cantidad de tiempo necesaria para acelerar un poquito más cerca de c se estiraría y se estiraría a medida que se acercara. No importa qué tan cerca esté de la velocidad de la luz, la velocidad real de la luz siempre está más lejos.

De cualquier manera que lo corte, un objeto masivo no puede viajar a la velocidad de la luz, y un objeto sin masa no puede viajar a ninguna otra velocidad. Bummer, lo sé.

¿Qué impide que un objeto con masa> 0 alcance c ? La misa misma.

Voy a intentar usar arenas movedizas para explicarlo. En arenas movedizas es cierto que cuanto más uno se mueve, más rápido se hunden. No imagine que la velocidad de hundimiento puede verse como un cambio relativo en la masa: cuanto menos se mueve, menor es la masa, cuanto más se mueve, mayor es la masa. Por supuesto, la masa de una persona en arenas movedizas no cambia desde el punto de vista de una persona que observa desde la seguridad de un terreno sólido. Pero para la persona en arenas movedizas, el aumento del movimiento tiene el efecto de una mayor masa en el contexto de las arenas movedizas.

Ahora imagine que el universo es una especie de arena movediza, o al menos las cuatro dimensiones que ocupamos perceptiblemente. Cuanto más se mueve un objeto, más rápido se “hunde”. Una vez que llega a 0.999 de c , se “hunde” tan rápido como se mueve. Por lo tanto, no es posible tener más movimiento más allá de este punto.

Ahora puede preguntar “¿Qué impide que la luz / fotones u otros objetos con una masa = 0 alcancen velocidades> c ?”. Si desea respuestas a esa pregunta, puede plantearla a través de Quora.

La mayoría de las respuestas a este tipo de preguntas se concentran en la dificultad de acelerar una masa desde una velocidad más baja hasta la velocidad de la luz: tomaría una cantidad infinita de trabajo.

Pero, ¿por qué no se puede crear una partícula masiva que ya viaje a la velocidad de la luz? ¿Por qué solo partículas sin masa?

Pero esa es la cuestión: se necesitaría una cantidad infinita de energía para crearla … tenía que venir de algún lado.

Pero todavía estamos planteando la pregunta … todo lo que significa es que la pregunta es ahora: ¿cómo es que se necesita una cantidad infinita de energía para obtener una partícula masiva de velocidad de la luz?

Esta es una consecuencia directa de la invariancia de la velocidad de la luz junto con la ausencia de un marco de descanso absoluto. Cuando descubres las consecuencias de estos supuestos, obtienes una relatividad especial … las relaciones tienen una singularidad a la velocidad de la luz para los objetos con masa.

Una manera rápida y sucia de pensar en esto es considerar que todas las masas pueden ser observadores.

Considere las suposiciones: (a) la luz tiene la misma velocidad para todos los observadores, y (b) no hay forma de que un observador sepa qué velocidad está haciendo …

Sin embargo, si un observador viajara a la velocidad de la luz, algo de luz podría ser estacionaria en relación con ese observador, diciéndole qué velocidad está haciendo, lo que contradice (b). Si ambos (a) y (b) son verdaderos, entonces esto no puede suceder: ningún observador y, por lo tanto, ninguna masa, puede viajar a la velocidad de la luz.

Por lo tanto … la proposición de que una masa viaja a la velocidad de la luz contradice lógicamente la relatividad especial. Es un resultado lógico de la teoría.

Pero eso solo significa que es lógicamente consistente. Podríamos hacer cualquier cantidad de teorías lógicamente consistentes: lo que importa es si es verdad. Algo es cierto si es congruente con la realidad y lo descubrimos experimentalmente, y he aquí, es cierto.

Bases experimentales de relatividad especial

Estas son las reglas.

Aparte: la velocidad de la luz probablemente se considere mejor como la velocidad de la causalidad … el efecto no puede seguir a la causa más rápido que eso. La luz viaja a esa velocidad, y también la gravedad. Solo lo llamamos velocidad de la luz debido a la historia.

Porque la energía cinética se suma a la masa relativista del cuerpo.

Si un cuerpo tiene masa en reposo, entonces su centro de masa no puede viajar a la velocidad de la luz. Si la masa en reposo del cuerpo es cero, entonces su velocidad debe ser la misma que la velocidad de la luz.

Hay un concepto llamado masa relativista. La masa en reposo de un cuerpo nunca es mayor que la masa relativista de un cuerpo.

No todos los físicos aprueban el concepto de masa relativista, pero no hay nada formalmente malo en ello. Entonces me gusta usar ‘masa relativista’ en mis explicaciones. Lo siento, compañeros físicos en todas partes.

Un fotón tiene masa en reposo cero pero masa relativista positiva. La masa relativista positiva le da al fotón un impulso distinto de cero. Sin embargo, el fotón siempre viaja a la velocidad de la luz porque no tiene masa en reposo.

Todas las partículas elementales, cuando (hipotéticamente) no interactúan con nada, se mueven a la velocidad de la luz. Cuando interactúan, los ralentiza. Algunas partículas interactúan constantemente y siempre se ralentizan un poco. Esa resistencia al movimiento es lo que llamamos inercia , y decimos que la masa es generada por las interacciones. En cierto sentido, la masa es el efecto de moverse más lento que la luz

Esas mismas interacciones permiten que las partículas cambien de estado. Una partícula que se mueve a la velocidad de la luz no está interactuando, y por lo tanto no está cambiando, por lo que decimos que no “experimenta” el tiempo.

Los objetos tienen masa porque las partículas de las que están hechas están haciendo algo además de moverse, sin obstáculos, en línea recta. Cuanto “más” están haciendo las partículas, mayor es su masa colectiva . Incluso si las partículas se consideran sin masa, cualquier interacción que las mantenga dentro del objeto también contribuye a su masa. Eso, hablando groseramente, es cómo la energía y la masa son equivalentes.

A medida que un objeto con masa se aproxima a la velocidad de la luz, su masa tenderá hacia el infinito y, por lo tanto, la energía de entrada requerida para alcanzar dicha velocidad también tenderá hacia el infinito, ya que masa = energía.

Como el universo no tiene una cantidad infinita de energía, ningún objeto con masa puede alcanzar C – 299 792 458 m / s ,

La mayoría de las respuestas han cubierto esto. Si una partícula masiva pudiera viajar a la velocidad de la luz, violaría algunos principios de la relatividad especial, con respecto a un observador y la velocidad dada un marco de referencia.

Espero que esto ayude.

Considere un electrón, por ejemplo. ¿Por qué no puede ir a la velocidad de la luz?

Bueno, según el Modelo Estándar, que es el estado actual de la física, los electrones viajan a la velocidad de la luz, pero no en línea recta. El campo de Higgs interactúa con el electrón y cambia su dirección, por lo que le resulta muy difícil llegar a cualquier parte.

La partícula de Higgs

Dicho de otra manera, la masa es propiedad de la materia que hace que se ralentice. Esto debe considerarse como la definición de masa, por lo que la respuesta a su pregunta es “Es una tautología”.

Hablando como guitarrista y no como físico, es porque a medida que el objeto viaja más y más rápido acercándose a la velocidad de la luz, su longitud se reduciría a cero a medida que gana masa sin ir más rápido. Requeriría una cantidad infinita de energía. Es imposible. 🙂 Leo libros sobre relatividad todo el tiempo. Disfruto de los conceptos y los ángulos filosóficos y demás, pero de ninguna manera entiendo las matemáticas o incluso los conceptos en su conjunto.

A medida que aumenta la velocidad de un objeto en relación con un observador, gana energía cinética. Sabemos que masa y energía son equivalentes. A medida que el objeto masivo se acerca a la velocidad de la luz, su energía de masa crece asintóticamente (es decir, su energía de masa tiende al infinito a medida que el cuerpo se acerca a la velocidad de la luz). Por lo tanto, se requiere una fuerza infinita para lograr que un objeto masivo alcance la velocidad de la luz para superar su creciente energía de masa, esa energía no existe en el universo. Por lo tanto, no romper las reglas aquí (todavía).

La explicación más intuitiva que suelo dar es la ecuación de la energía de una partícula masiva en movimiento:

[matemática] E = \ dfrac {mc ^ 2} {\ sqrt {1- \ frac {v ^ 2} {c ^ 2}}} [/ matemática].

Como [math] v \ rightarrow c [/ math], el denominador [math] \ rightarrow 0 [/ math] por lo que la energía va al infinito. Se necesitaría una cantidad infinita de energía para acelerar y objetar tan rápido.

Una explicación más teórica para esto sería,

Todos sabemos que la energía y la masa son interconvertibles de acuerdo con la famosa ecuación E = mc ^ 2 de Einstein. Ahora viajar a la velocidad de la luz significaría una enorme energía cinética enorme. Sabemos que la energía se conserva, por lo que se convierte en masa de acuerdo con la ecuación anterior. Más energía que pones en más masa con la que tienes que lidiar en un punto, la masa se vuelve tanto que se supone que es ∞ y en este punto la cantidad de energía que pones no será suficiente, así que básicamente es imposible para cualquier objeto con masa para que coincida con ‘c’.

Podemos recordar las palabras de Ben Rich, el ex presidente del famoso grupo de Programas de Desarrollo Avanzado (ADP) de Lockheed-Martin, “Skunk Works”. Ocupó el cargo de 1975 a 1990. En su discurso de ex alumnos en la Universidad de California, Los Ángeles, en 1993, dijo: “Ya tenemos los medios para viajar entre las estrellas, pero estas tecnologías están encerradas en proyectos negros y Se necesitaría un Acto de Dios para llevarlos a la humanidad … Cualquier cosa que puedas imaginar, ya sabemos cómo hacerlo ”. Hay ideas lógicas sobre cómo esto (se) lograría; Sin embargo, esa es otra pregunta.

Es un concepto muy erróneo … sobre esto …

Como hemos estudiado en nuestra infancia … la distancia, la velocidad y el tiempo están relacionados … y la velocidad está relacionada con el tiempo …

Lo que significa que si un cuerpo posee alguna velocidad, entonces debería tener una masa …

Como es directamente proporcional …

Pero el hecho es a la velocidad de la luz … alcanzarás la velocidad de Dios, lo que significa que tu masa relativa dejará de aumentar en consecuencia, es decir, un estado constante … en ese momento puedes decir que el cuerpo a la velocidad de Dios posee una masa respectiva constante …

Espero que te salude

Porque tomaría una cantidad infinita de energía.

Sabes matemáticas, así que solo mira el factor Lorentz;

[matemáticas] \ gamma_ {factor lorentz} = \ frac {1} {\ sqrt1-v ^ 2 / c ^ 2} [/ matemáticas]

Aplica esto para ver los efectos relativistas.

[matemáticas] m = \ frac {m_0} {\ sqrt1-v ^ 2 / c ^ 2} [/ matemáticas]

ya ves, si no te mueves [math] m_0 = m [/ math]. Si te mueves en c, la parte inferior se convierte en 0, eso hace que la ecuación no funcione con masa en ella. Y después de obtener números imaginarios.

Introducción a la transformación de Lorentz por Khan Academy si quieres ver más sobre Lorentz.

MC Physics en MC Physics Home contrarresta su afirmación. Un fotón real tiene una masa real, pero insignificantemente pequeña, y viaja a la velocidad promedio de la luz. Dentro de ese fotón real hay cargas electrostáticas singulares (cargas mono) que giran / giran a velocidades de oscilación hacia adelante, a veces mayores que la velocidad de la luz. ¡Así, los fotones mismos demuestran que la masa puede ir más rápido que la luz!

Más información sobre fotones reales en: “MC Physics- Model of a Real Photon with Structure and Mass”, artículo de la categoría viXra High Energy Particle Physics, http://vixra.org/pdf/1609.0359v1

Por lo tanto, el límite de velocidad relativista del Universo debe ser mayor que c y puede ser una función de carga / masa. Es ese límite relativista el que establece la velocidad máxima que puede alcanzar una carga / masa dada. Dicho de otra manera, es la masa de partículas (incluso fotones) la que determina su velocidad máxima en el Universo.

A medida que aumenta su masa, aumenta su velocidad, por lo que a la velocidad de la luz, su masa será infinita, por lo que la energía requerida para alcanzar esa etapa será infinita, lo cual es absurdo.

¡Según mis estudios, no es cierto que los objetos en masa no puedan alcanzar y viajar a mayor velocidad que la velocidad de la luz! Haga la pregunta opuesta: ¿por qué un objeto de masa no puede moverse a una velocidad mayor que la luz?
Considere también que la luz tiene masa …

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