¿Por qué algo con masa necesita una potencia infinita para viajar a la velocidad de la luz, cuando la velocidad es finita?

No hace falta ser “poder” infinito para viajes a cualquier velocidad. La inercia mantiene un objeto viajando a la misma velocidad sin que se aplique energía.

Ahora, para acelerar un objeto, para hacerlo ir más rápido, se necesita potencia, es decir, trabajo. El trabajo realizado para acelerar un objeto se almacena en la energía cinética del objeto. La energía no se crea ni se destruye, pero puede cambiar de una forma a otra.

A velocidades bajas en comparación con la velocidad de la luz, la energía cinética de una masa móvil m a velocidad v es (1/2) mv ^ 2. Es decir, duplicar la velocidad requiere cuatro veces más energía. Sin embargo, esa misma energía agregada nuevamente no duplicará la velocidad, pero a bajas velocidades la discrepancia es muy pequeña.

Otra forma de energía es la masa.

A medida que la energía del cuerpo aumenta, también lo hace su masa. A medida que la velocidad del cuerpo se acerca a la velocidad de la luz, la masa aumenta cada vez más. Si tuviéramos que mirar las ecuaciones, nos gustaría ver que a la velocidad de la luz, un cuerpo que tenía la masa cuando no se movía, tendría masa infinita, y se necesitaría una energía infinita para que se mueva tan rápido.

El comportamiento de la materia y el tiempo cuando las velocidades son relativistas, es decir, una fracción apreciable de la velocidad de la luz, no es algo que normalmente podamos intuir fácilmente. Si un reloj se mueve cerca de la velocidad de la luz, el reloj nos parecerá más lento. Para ello, nuestros relojes parecen lentos.

La mayor parte de esto puede derivarse de una suposición simple, que la velocidad de la luz en el vacío es fija, según lo medido por todos los observadores, sin importar cuál sea su velocidad relativa. Podemos estar, en algún marco de referencia, moviéndonos muy rápido o nada, y si medimos la velocidad de la luz, encontraremos que es la misma. No importa qué tan rápido nos movamos, si alumbramos una luz en nuestra dirección de movimiento, se aleja de nosotros a la misma velocidad, la velocidad de la luz. Esto parecía completamente paradójica cuando se descubrió, y por un tiempo los científicos trataron de encontrar alguna manera de evitarlo. Lo que Einstein hizo fue correr con ella, que se deriva, entre otras cosas, la equivalencia masa-energía, y todo lo que trabajo muestra que a medida que una masa se aproxima a la velocidad de la luz, la masa aumenta hacia el infinito. Por lo tanto, la energía que se necesita para alcanzar la velocidad de la luz sería infinita.

La luz no tiene masa en reposo …

Voy a usar una respuesta que puede ser un poco imprecisa, pero es una forma fácil de visualizarla sin exotarse.
Debe aceptar la ecuación de Einsteins E = mc ^ 2. Esto significa que la energía y la masa están directamente relacionadas.
Masa puede ser pensado como una resistencia a la aceleración. Ignorando la gravedad, si uso algo de fuerza sobre un objeto, uno masivo acelera / mueve menos que uno menos masivo.
Como puedo acelerar un objeto aumenta su energía cinética. Esto cuenta para su masa. Por lo tanto, a velocidades realmente altas (velocidad), la contribución se vuelve significativa. Yo uso de energía extra para compensar para acelerar aún más. Esto se “almacena” como energía cinética, que aumenta aún más la masa / resistencia a la aceleración.
Este efecto es exponencial, hasta que nos acercamos a la velocidad de la luz, donde el efecto se vuelve tan grande que se requiere una enorme cantidad de energía para una pequeña aceleración, lo que aumenta enormemente su energía cinética, por lo que aumenta su masa tanto que el siguiente pequeño bit de aceleración necesita aún más energía.
Una fácil ver los elementos de prueba de esto es que los rayos cósmicos de alta energía viajar sólo una pizca por debajo de la velocidad de la luz, y por lo tanto una partícula que es en realidad un pequeño átomo, pueden tener la energía de una pelota de béisbol lanzada a una velocidad decente.
Un aspecto raro de todo esto es que el sistema de referencia si el objeto (por ejemplo, el tipo sentado en la nave espacial), este efecto no se nota (por un lado, el combustible también tiene esta masa / energía extra). En cambio, desde el interior del barco, el tiempo fuera del barco parece ir más rápido, por lo que la tasa de aceleración parece bastante normal. El problema se convierte en que el bit final de aceleración a la velocidad de la luz lleva un tiempo infinito (en el resto del universo).

La velocidad puede ser finita pero la aceleración requerida no lo es.

La explicación “simple” es que como la velocidad del objeto aumenta, también lo hace su masa (relativista). Entonces, la cantidad de energía requerida para acelerar a una velocidad más alta aumenta a medida que lo hace su velocidad.

A velocidades muy altas cercanas a la velocidad de la luz, la masa relativista de un objeto se acerca al infinito y, por lo tanto, la energía requerida para acelerar ese objeto también se acerca al infinito.

Porque acelerar algo le agrega energía. Y la energía es masa, por lo que se vuelve más pesada. Entonces necesitas más energía para acelerarlo más. Pero eso agrega más masa, por lo que necesita aún más energía para acelerarlo más … Una espiral que alcanzaría el infinito a la velocidad de la luz.

Para viajar a la velocidad de la luz, la masa tiene que tender a cero. En otras palabras, la masa tiene que ser insignificante o inexistente para permear a través del campo Higgs.

Como la masa tiende a cero, la velocidad tiende a infinito.

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