Einstein demostró que la masa y la energía son intercambiables y la masa puede transformarse en energía, entonces ¿es posible transformar la luz (energía) en masa?

Sí, hay un proceso conocido como producción de pares (PP) en el que un fotón de alta energía / frecuencia se transformará en un par de partículas materia-materia. Una combinación común es el par electrón-positrón. Para que esto suceda, el fotón debe tener una energía mayor o igual a la energía de masa de las dos partículas. La energía de masa es el valor de energía equivalente a la masa de la partícula como se muestra por E = mc2. Además, el fotón debe pasar muy cerca del núcleo de un átomo pesado. A medida que la distancia desde el núcleo se aproxima a cero y la masa del núcleo aumenta, la probabilidad de que ocurra PP aumenta. Cualquier energía fotónica que exceda la energía de masa del par de partículas se conservará como energía cinética del par de partículas. La partícula antimateria interactuará rápidamente con su partícula de materia correspondiente y se aniquilarán entre sí y producirán dos fotones con energía equivalente a la energía de masa de las partículas. En el caso del par electrón / positrón, se producirán 2 fotones de energía de 0,51 Mev.

No en realidad no. En cierto sentido, la energía y el impulso se pueden “cambiar” entre sí, pero la masa es un animal completamente diferente. Me refiero a la masa invariante. La masa invariante de un sistema cerrado no cambia. Masa invariante – Wikipedia

Para este ejercicio, asumo el paradigma de partículas y la relatividad especial.

Este es el impulso 4-vector. Cuatro momentos – Wikipedia

[matemáticas] P = p ^ \ nu \ hat {e} _ \ nu [/ matemáticas]. El componente cero es la energía de un sistema.

Para este propósito, podría ser mejor cambiar a una ecuación para tener unidades de masa.

[matemáticas] M = \ mu ^ \ nu \ hat {e} _ \ nu [/ matemáticas]. En esta ecuación, M es un vector.

[matemáticas] M = \ mu ^ t \ hat {e} _t + \ mu ^ x \ hat {e} _x + \ mu ^ y \ hat {e} _y + \ mu ^ z \ hat {e} _z [/ matemáticas]

El impulso del sistema en la dirección x: [matemáticas] p_x = c \ mu_x [/ matemáticas].

La energía es el impulso temporal. No tienen las mismas unidades, así que tómalo con un grano de sal. [matemáticas] E = c ^ 2 \ mu_t [/ matemáticas]

Ahora podemos definir la masa intrínseca, m. [matemáticas] m = | M | [/ matemáticas]. Masa mide la longitud del tensor de 4 momentos cuando se escribe en unidades de masa. La energía y el momento son componentes de este vector.

[matemáticas] -m ^ 2 = M ^ \ nu \ eta _ {\ nu \ rho} M ^ \ rho [/ matemáticas]. [matemáticas] \ eta [/ matemáticas] es la métrica de Minkowski.

Escrito en su totalidad, [matemática] m ^ 2 = E ^ 2 / c ^ 4 – p ^ 2 / c ^ 2 [/ matemática], donde p es la longitud del vector de momento.

Si has llegado hasta aquí, puedes ver que preguntar si la energía se puede convertir en masa es como preguntar si la velocidad se puede convertir en velocidad.

Durante la aniquilación de electrones / positrones, las 2 partículas reaccionan para formar 2 o 3 fotones de rayos gamma de energía pura. En la reacción opuesta, la energía pura puede contribuir a la producción de pares.

Esta es la fórmula de Einstein E = mc ^ 2 de verdad.

marca

Espero que esto pueda responder a su pregunta:
1. En primer lugar, veamos qué significa esta ecuación:
E = mc² significa cuantitativamente cuánta energía hay en esta cantidad de masa almacenada en su estructura. Además, esta ecuación es la expresión de energía estructural relevante para su masa, pero no la expresión de energía de momento relevante para su masa, por lo que no se puede usar en la aplicación de algo que no tiene energía estructural como los fotones.

E / c² = m significa cuantitativamente cuánta masa hay que almacena esta cantidad de energía.

No significa que la energía y la masa sean intercambiables, o sean equivalentes. Si haces eso, será una interpretación incorrecta de la expresión matemática. La energía no es una existencia independiente. Es más bien el parámetro para describir el estado del estado de existencia en masa. El estado energético de una masa es su estado de existencia: su estado de movimiento o estado estructural. La sustancia no puede ser equivalente o intercambiable al parámetro que describe el estado de su existencia.

2. E = mc² declaró las relaciones de energía de masa de la energía estructural almacenada en esta masa. No se puede aplicar universal e incondicionalmente. Por ejemplo, los fotones no tienen energía estructural para mantener su existencia, sino que dependen de su energía momentánea para mantener estable su estructura, por lo tanto E = mc² no puede usarse para describir las relaciones masa-energía en los fotones. Y también, cuando algo que tiene energía estructural y energía de momento al mismo tiempo, si desea conocer su energía total, debe aplicar E = mc² y el cálculo de energía de momento correspondiente y sumar ambos para obtener la energía total. Pero en el caso del fotón, es diferente: no tiene energía estructural, por lo que E = mc² no puede usarse sobre él.

3. El fotón es un cuanto que es la menor cantidad de masa que puede existir de manera estable e independiente. Aunque no se puede decir que el fotón es la cantidad más pequeña de energía que puede existir de manera estable e independiente, porque la energía no es una existencia independiente, la energía es la energía de su masa, es el estado de la existencia en masa: será el estado estructural de esta masa como energía estructural (fuerzas de unión estructural) o el estado de movimiento de esta masa como energía de momento. La energía potencial es una forma de energía de momento que es la energía que se almacena en la posición mediante un movimiento previo. La energía electromagnética es una forma de energía de momento. El calor es una forma de energía de momento: es la energía de momento de vibración en fotones y átomos. Enlace químico, enlace átomo a átomo, enlace de hidrógeno, enlace nuclear … son energía estructural. Masa y energía no pueden ser iguales, porque la energía no es una existencia independiente. La energía solo puede intercambiarse entre sus diferentes formas, pero no con la masa. La energía no puede crear masa, ni la masa puede crear energía: son solo las diferentes formas en que la energía se transforma entre sí.

4. Solo la masa puede producir gravedad y solo la masa puede verse afectada por la gravedad. La fuerza de energía puede interactuar / contrarrestar con la fuerza de gravedad, pero no puede afectar la gravedad misma.

No puedo decir si los fotones pueden convertirse en materia, pero el supuesto Big Bang fue un … algo … de pura energía que, al enfriarse, creó la materia. La masa, por cierto, no está definida. La masa tuya o mía es más igual a la energía de unión (fuerza que transporta partículas, calibran los bosones que son) entre las ondas cuánticas difusas y sin ubicación. No lo entendemos. Pero el 99% de la masa en cualquier cosa (más o menos) es la energía de enlace, no la “masa” (que no tenemos una definición real de todos modos). Pero tiene razón en que ahora hablamos de materia-energía (ya que hemos estado vinculando el espacio-tiempo desde 1907).

Además, no sabemos nada sobre la creación de Dark Matter y Dark Energy, que constituyen el 95% de las “cosas” en el universo. Lo que sí sabemos, para lo cual no estamos seguros de todo de todos modos, es el 5% o “materia ordinaria” que nos incluye.

La respuesta es sí, los fotones se pueden convertir en masa y viceversa. Los fotones con energías superiores al doble del electrón en reposo pueden producir energía en masa y un electrón y un positrón. Esto se llama producción en pareja. Durante la producción de pares, la energía de un fotón se convierte completamente en dos partículas con masa y energía cinética. Se requieren dos partículas para conservar tanto el impulso como la energía. El positrón eventualmente se ralentizará y encontrará otro electrón que dará como resultado la liberación de un par de fotones de 511 keV, creando así la luz de la masa. Esto se llama radiación de aniquilación. Nuevamente, se requieren dos fotones para conservar tanto la energía como el impulso.

El principio de equivalencia es más profundo que eso. En realidad afirma que la energía siempre se manifiesta como masa. Eso incluye la luz. Los fotones no tienen masa en reposo, pero sí tienen una masa relativista. Entonces, en ese sentido, no hay conversión que hacer.

Ahora, si está preguntando, ¿podemos convertir los fotones en otra partícula con una masa de reposo distinta de cero, eso es bastante diferente. Ciertamente es posible que la luz absorbida aumente la masa de un átomo. En principio, si un fotón es absorbido y un electrón excitado en una órbita más alta, ese átomo tendrá una masa minúscula, minúscula, minúscula un poco más cuando se encuentre en esos estados excitados. Lo mismo sucede con cualquier proceso químico que implique la absorción de energía luminosa.

Sin embargo, como creo que su pregunta apunta a si es posible usar la luz para producir partículas con masa en reposo, entonces ciertamente algunos científicos lo están intentando. Existe esta historia, por ejemplo, que tiene como objetivo producir pares de electrones / positrones (los cuales tienen masa en reposo) colisionando fotones.

La materia se creará a partir de la luz dentro de un año, afirman científicos

Transferir energía de luz (fotón) a la materia no es tan conveniente como la acción inversa. Sin embargo, es posible y se ha sucedido en experimentos. Solo eche un vistazo a esta página, por ejemplo:
http://www.extremetech.com/extre …

¡Si! La producción en pareja es el proceso más básico para convertir la energía en masa.
Es un fenómeno en el que un electrón (partícula) y un positrón (antipartícula) se producen a partir de un fotón (energía) debido a su interacción con los campos de un núcleo pesado.
Ocurre cerca del núcleo pesado y no puede ocurrir en el vacío.
Energía del fotón = Energía requerida para la producción de pares + Energía cinética de las partículas.
Matemáticamente
hf = 2mc ^ 2 + K. E (de electrón) + KE (de positrón)
aquí m es la masa en reposo de un electrón o positrón.

En algunos casos si.
Por ejemplo, un fotón de rayos gamma con suficiente energía. si reacciona con un campo o partícula magnético o eléctrico adecuado, puede convertirse en una partícula y su antipartícula más energía suficiente para separarlos antes de que puedan aniquilarse nuevamente. Es lo contrario de lo que sucede cuando, por ejemplo, un electrón y un positrón se aniquilan mutuamente para formar un fotón de rayos gamma.

Sí, son iguales pero medidos, por razones históricas en diferentes unidades.

Dos observadores que se mueven uno con respecto al otro miden la masa y la energía de un tercer objeto con valores diferentes. ¡Sin embargo, están de acuerdo en la longitud de su vector de impulso de energía! Para convertir la masa en energía y volver, todo lo que necesita hacer es cambiar su velocidad.

Sí, y ocurre en cualquiera de varias reacciones nucleares, especialmente en las estrellas. Después de todo, las reacciones nucleares en la Tierra generalmente liberan energía que estaba unida a la masa en reposo de un núcleo en descomposición. Pero lo que preguntaste es al revés, lo que ocurre muy raramente en la tierra fuera de los reactores nucleares y los aceleradores de partículas.

La creación de pares es este fenómeno, pero todo está más claro … Los fotones no tienen masa, si se disparan unos a otros se puede crear un Positrón y un Electrón.

¿Por qué? Nadie puede responder eso hasta ahora.

Sí, producción en pareja:
http://en.wikipedia.org/wiki/Pai …

Sí, es teóricamente posible. Sin embargo, parte de la misma ecuación explica que se necesita una gran cantidad de energía para lograrlo.