¿Es la energía una partícula?

No. La energía es una cantidad matemática, no un tipo de “cosas”. Cuando los físicos hablan de la energía “transformando de una forma a otra”, están hablando en una especie de taquigrafía perezosa. La energía es solo una especie de “herramienta de contabilidad” que usamos para describir las interacciones físicas.

Me gusta hacer la analogía de que la energía es como “valor”. Es un número que asociamos con los objetos. Un billete de un dólar y un cuarto tienen valor. También un cono de helado. Si compra un cono de helado de 50 centavos con un billete de un dólar y obtiene dos cuartos de cambio, su dólar no se “transformó” en un cono de helado. El “valor” de su dólar no cambió de forma ni se movió a otro lado. Hubo un intercambio en el mundo físico que podemos explicar utilizando la cantidad abstracta que llamamos “valor”. Intercambiaste un trozo de papel, que tiene un “valor” de 1 por un cono de helado que tiene un valor de .5 y dos discos de metal brillante que tienen un valor de .25.

Cuando los objetos físicos en el universo interactúan entre sí, podemos hacer un recuento de estas interacciones utilizando una cantidad matemática abstracta que llamamos “energía”. Pero la energía no es ningún tipo de “cosa extra” en ese proceso físico. Las cosas que existen en el universo son partículas / campos, espacio y tiempo. Eso es practicamente todo.

No, al menos no en el sentido que aplicamos a lo que llamamos partículas. En la física moderna, el llamado Modelo Estándar, todo tipo de materia y fuerza se asocia con una “partícula”, para lo cual realmente queremos decir un cuanto de esa entidad, ya sea materia o fuerza. Un cuanto es la excitación más pequeña de ese campo en particular que causará una interacción potencial con otro campo (o algunas veces consigo mismo). Las excepciones a esto son el espacio-tiempo mismo (para el cual no tenemos ninguna “partícula del espacio-tiempo” propuesta excepto en algunas teorías especulativas) y la gravitación (para la cual hay una partícula hipotética llamada gravitón).

Pero un tipo de partícula dado puede tener una energía diferente dependiendo de su momento de masa o frecuencia / longitud de onda.

A medida que los científicos comenzaron a experimentar a niveles de energía cada vez más altos, se hizo evidente que lo que percibimos como 3 fuerzas diferentes, la electromagnética, la débil y la fuerte, en realidad se unifican a energías muy altas. Entonces, las diferentes partículas de bosón son en realidad diferentes manifestaciones de una “partícula de supercampo” superior. Se especula que también la gravedad podría unificarse con esta “superfuerza” a niveles de energía aún más altos.

Los científicos también notaron algunas simetrías entre los diferentes tipos de partículas de materia (llamadas simetrías de calibre) que sugieren que también las partículas de materia pueden unificarse a niveles de energía muy altos, y que la diversidad de partículas de materia que observamos es solo el resultado de algún tipo fundamental de energía que ha experimentado transiciones de fase y decaído en diferentes formas a medida que el universo se expandió y se enfrió. La unificación de la materia sigue siendo hipotética, descrita por las llamadas Grandes Teorías Unificadas, pero hay razones para creer que también la unificación de la materia a niveles de energía muy altos es cierta.

Muchos científicos creen que, en última instancia, todas las fuerzas y la materia provienen de alguna forma de “forma primitiva de energía” unificada justo después del Big Bang. Solo podemos especular si dicha energía primitiva unificada también podría cuantificarse, teniendo una unidad cuántica en el sentido en que la aplicamos a la fuerza y ​​la materia “partículas”, de modo que podríamos decir que había una “partícula de energía primitiva”, que respondería más o menos a tu pregunta. En este esquema, solo habría 2 entidades fundamentales en el universo, el espacio-tiempo, que se ha expandido continuamente pero no ha cambiado la “identidad” desde el origen del universo, y la forma primitiva de energía que gradualmente (¡muy rápidamente para nuestros estándares! ) decayó en muchas identidades diferentes, todas las fuerzas y formas conocidas de la materia.

Especulando aún más, algunos científicos proponen que estas 2 entidades fundamentales, el espacio-tiempo y la energía primitiva, también están unificadas en el sentido de que son equivalentes pero con signo opuesto. El espacio-tiempo (con su potencial de expansión llamado energía oscura) tendría una energía negativa asociada que anularía con precisión el valor positivo de la energía primitiva que hoy en día se ha convertido en todas las fuerzas, radiación y materia (incluida la materia oscura y la antimateria). Por lo tanto, todo el universo sería una manifestación, una situación de descomposición, de una “nada” fundamental a una positiva más una negativa de igual valor.

Una analogía sería si tienes cero dinero. No te permite hacer nada, tu vida económica está muerta, congelada. Pero si pide prestados 10,000 $ (de un ser generoso con cero interés) la situación cambia. Tiene 10,000 $ y una deuda de 10,000 $, por lo que técnicamente todavía tiene cero dinero, pero ahora puede hacer que sucedan cosas interesantes. En esta hipótesis, el Big Bang fue más bien un “gran préstamo”.

Los electrones y los protones son energía electrodinámica que constituyen los átomos. No hay una sola partícula en este universo que esté absolutamente quieta. Todos se mueven de un lugar a otro. Se están moviendo de un lugar a otro porque los fotones y los electrones se están separando y uniendo, o son fotones y electrones que se están separando y uniendo, o las influencias gravitacionales los están alejando de sus caminos de inercia. Incluso sus caminos de inercia, si se dejan sin influencias externas, refuerza la idea de que ni una sola partícula en este universo está absolutamente inmóvil. Entonces, si una partícula no es energía moviéndose a menos de c, me gustaría saber qué es.

La energía es una propiedad de una partícula. Distinguimos partículas por masa, espín, cargas (diferentes tipos), etc. La energía es una característica importante de las partículas, en la medida en que se conserva. La energía en sí misma no tiene sentido.

No. La energía es la capacidad de hacer trabajo, se puede convertir en una partícula o más. Depende de su cantidad. También debemos recordar que una partícula podría tener una masa en reposo cero, como el fotón (cuántico), y la energía es equivalente a la masa, como sabemos por la ecuación de Einstein E = m C ^ 2. Además, la partícula se define físicamente por ciertos parámetros físicos como masa, espín, carga e isospin, etc.

En cierto sentido si. La energía viene en forma de campos y los campos están hechos de partículas (gravitones, fotones, etc.).