A2A.
La energía ‘E’ de un objeto que se mueve cerca de la velocidad de la luz se calcula como:
[matemáticas] E_ {objeto en movimiento} = \ frac {mc ^ 2} {\ sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2}} – E_0 [/ matemáticas]
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donde ‘m’ es la masa del objeto (medida en reposo), ‘v’ es la velocidad del objeto (medida por un observador), ‘c’ es la velocidad de la luz (medida por cualquier persona, en cualquier lugar) y ‘ Eo ‘es una constante igual a la energía del objeto en reposo (típicamente cero).
Cuando la velocidad del objeto, v, alcanza la velocidad de la luz, usamos esta ecuación para calcular:
[matemáticas] E_ {objeto-a-velocidad-de-luz} = \ frac {mc ^ 2} {\ sqrt {1-c ^ 2 / c ^ 2}} = \ frac {mc ^ 2} {\ sqrt { 1-1}} = \ frac {mc ^ 2} {0} [/ math]
¡En este caso, estamos dividiendo por cero! Esto es malo. Ahora, solo dos cosas son posibles.
Caso 1. Nuestro objeto es masivo . Esta es la jerga de la física para “Tiene masa. Puede ser una mota de polvo o una galaxia llena de elefantes, pero definitivamente tiene masa”. En este caso, el objeto tiene energía infinita.
[matemática] E_ {objeto-masivo-a-velocidad-de-luz} = \ frac {mc ^ 2} {0} = Infinito [/ matemática]
Ahora, esto es un problema. El universo no tiene energía infinita. Entonces, lo que realmente estamos diciendo es que los objetos que tienen masa no pueden moverse a la velocidad de la luz . Simplemente no hay suficiente energía en el universo para que se muevan tan rápido.
Caso 2. Nuestro objeto no es masivo . Nos equivocamos y medimos la velocidad de un poco de espacio vacío. O tal vez estamos viendo un fotón , una partícula de luz sin masa. En este caso, [matemáticas] m = 0 [\ matemáticas], lo que nos salva de la energía infinita.
[matemática] E_ {objeto sin masa a la velocidad de la luz} = \ frac {0} {0} = Indefinido [/ matemática]
Esto dice dos cosas. Primero, tenemos que calcular la energía de la luz de manera diferente. Ese término Eo regresará, y resultará que la energía de la luz es una función no de su velocidad sino de su frecuencia y amplitud, lo que requiere que analicemos la dualidad onda-partícula y la mecánica cuántica. Buscalo en Google. En segundo lugar, la luz puede moverse a la velocidad de la luz (¡sí!) Porque no tiene masa.
Finalmente, aquí hay una pregunta extra. ¿Qué sucede si las partículas de luz sin masa son más lentas que la velocidad de la luz, a una velocidad pequeña v?
[math] E_ {massless-object-at-speed-v} = \ frac {0} {\ sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2} = 0 [/ math]
La luz que se mueve más lentamente que la velocidad de la luz no tiene energía. No tiene energía para el calor o el brillo o cualquier otra cosa, y es completamente indetectable. Toda la luz que vemos tiene que moverse a la velocidad de la luz, de acuerdo con la relatividad, porque si se vuelve más lenta, no podemos detectarla.