Armas ficticias: ¿La mayor masa de antimateria que se acerca a la velocidad de la luz también aumenta el poder de la explosión cuando entra en contacto con la materia?

Su pregunta ilustra uno de los problemas al pensar que la masa depende de la velocidad. Einstein rechazó esa noción poco después de considerarla. Si uno dijera primero que las masas de los dos objetos aumentaron con la velocidad y luego también suman el aumento de la energía cinética debido a las altas velocidades para obtener la energía de la explosión, estaría contando dos veces .

La energía total de cualquier objeto visto desde otro marco de referencia es la masa del objeto multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado dividida por un término que depende de la velocidad. Eso debería multiplicarse por 2, ya que tanto la materia como el objeto antimateria tendrían la misma energía total para dar la energía disponible para la explosión.

Para cada objeto tendrías 1 Kg veces (3 x 10 ^ 8 m / s) ^ 2 dividido por la raíz cuadrada de (1 – 0.99 ^ 2). Eso sería un poco más de 6 x 10 ^ 17 julios. Si ninguno de los dos se movía, la energía disponible vendría completamente de la masa y cada uno contribuiría con 9 x 10 ^ 16 julios. IOW, la mayor parte de la energía de la colisión provendría de la energía cinética y no de la masa.

Esa es la idea básica detrás de los aceleradores de partículas. Eleve la energía cinética por partícula a una cantidad que sea astronómicamente mayor que la energía almacenada en la masa de partículas. A partir de esta energía se pueden producir muchas partículas y algunas pueden tener una masa mayor que la de las partículas aceleradas.

¡La masa no aumenta con la velocidad!

La velocidad es relativa: depende del marco de referencia. En su ejemplo, la velocidad de la materia y la antimateria puede estar cerca de la velocidad de la luz en relación con la Tierra, pero es cero en relación con la nave espacial.

La masa es independiente del marco. A veces se le llama masa en reposo , pero ese término solo conduce a la confusión en el corazón de esta pregunta.

La famosa ecuación de Einstein [matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas] realmente debería escribirse como:

[matemáticas] E ^ 2 = (m_oc ^ 2) ^ 2 + (pc) ^ 2 [/ matemáticas]

donde [math] p [/ math] es el impulso que, para una partícula con masa, es [math] m_0v [/ math].

Puede crear algo llamado masa relativista dada por:

[matemáticas] m_r = \ frac {m_o} {\ sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2}} [/ matemáticas]

En cuyo caso la ecuación “se simplifica” a [matemáticas] E ^ 2 = (m_rc ^ 2) ^ 2 [/ matemáticas] o [matemáticas] E = m_rc ^ 2 [/ matemáticas] pero esto solo ayudará a perpetuar la confusión.

Aquí hay una manera limpia de pensarlo: piense en las diversas contribuciones a la energía total de la explosión.

Primero, la masa en reposo de los dos trozos de materia y antimateria. Esto no tiene nada que ver con la velocidad. Esto es solo [matemática] E_0 = mc ^ 2 [/ matemática] siendo [matemática] m [/ matemática] la masa restante.

En segundo lugar, la energía cinética relativista de los dos trozos de materia y antimateria. Esto también tiene que venir de algún lado, ya que esta energía tuvo que invertirse cuando se aceleraron los trozos. Esto es [matemáticas] E_K = mc ^ 2 / \ sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2} -mc ^ 2 [/ matemáticas]. (Cuando [math] v [/ math] es mucho menor que la velocidad de la luz, esta fórmula se convierte en aproximadamente [math] \ frac {1} {2} mv ^ 2 [/ math], es decir, la fórmula no relativista para la energía cinética .)

Entonces, la energía total es [matemática] E = E_0 + E_K = mc ^ 2 / \ sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2} [/ matemática]. Si lo desea, puede interpretarlo como la relación masa-energía para la “masa relativista” dada por [math] m / \ sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2} [/ math]. Pero esta no es realmente una gran idea, ya que oscurece las dos contribuciones muy diferentes a la energía total.

Si dos autos idénticos chocaron de frente a 60 km por hora, ¿cuál es el impacto resultante combinado? Sugerencia, no es lo que la mayoría de la gente piensa.

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