¿Es la masa una forma de energía?

En la teoría del campo cuántico relativista, la masa de una partícula es solo la energía que tiene cuando está parada (dividida por un factor de [matemática] c ^ 2 [/ matemática], que los físicos de partículas a menudo omiten por simplicidad). La masa es, por lo tanto, un tipo de energía. Se puede convertir en otras formas de energía, como sabes.

Una partícula sin masa (como el fotón) viaja a la velocidad de la luz ([matemáticas] c [/ matemáticas]) y, según las leyes de la relatividad especial, ningún observador nunca ve que esté en reposo. Por esa razón no tiene energía de reposo y, por lo tanto, no tiene masa.

El mecanismo de Higgs no cambia nada de eso, pero sí nos dice dónde está la energía en reposo (es decir, la masa) de ciertas partículas fundamentales (quarks, leptones y la [matemática] W ^ \ pm [/ matemática] y [matemáticas] Z ^ 0 [/ matemáticas] bosones) proviene de. Según el mecanismo de Higgs, esas partículas no tienen energía de reposo propia. Más bien, lo adquieren de su interacción con el campo de Higgs, que llena todo el espacio. Si apagaras ese campo de Higgs, esas otras partículas perderían sus masas.

Ya hay varias respuestas muy buenas a su pregunta, así que no las repetiré. Pero solo quiero señalar algo que no hay respuestas aquí mencionadas.

En física, la definición de términos es esencial e increíblemente precisa en el alcance en el que se pueden usar, en comparación con Comp Sci (donde la mayoría de los términos se definen con alcances de sentido común). La definición de un físico de “masa” y “energía” tiene diferentes alcances de las definiciones de sentido común. Es por eso que algunas de las respuestas aquí van por mal camino.

Has oído que las partículas de nivel subatómico tienen dualidad onda-partícula, ¿verdad? Tenga en cuenta que no es que las partículas fluyan en patrones de onda, sino que cada partícula individual también es una onda. Es bastante fácil encontrar cosas sobre esto para leer. Esta dualidad nos permite percibir energía y masa como la misma cosa. En física, las matemáticas que utilizamos para manipular conceptos de energía son funciones de onda. Donde las matemáticas relacionadas con la masa son newtonianas.

El alcance de esta dualidad está en el nivel subatómico. Al igual que hay un alcance en el que la física newtoniana puede ser correcta. Ahora estamos en el ámbito de la física cuántica.

Otra cosa sobre la física que es diferente de Comp Sci es que hemos llegado a un punto en el que el sentido común o la intuición habían dejado de funcionar por completo. No sé acerca de personas con un coeficiente intelectual de 280 (si es medible), tal vez aún puedan intuirlo. Pero incluso Einstein rechazó la física cuántica por la falta de intuición. Creo que los físicos están marchando SÓLO armados con herramientas matemáticas y sin intuición. En tu descripción de ti mismo, dijiste que quieres jugar con matemáticas más rigurosas. Bueno, tal vez realmente te guste trabajar en computadoras cuánticas. 🙂 Es una sensación muy extraña confiar ciegamente en lo que tus matemáticas te dicen sin una idea de lo que es.

En 1905, Einstein descubrió la famosa ecuación: E = mc ^ 2, lo que significa que la masa en reposo de una partícula es algún tipo de energía. Esta energía se conoce generalmente como “energía en reposo”, ya que se cree que la partícula está en reposo. Este artículo propone una nueva interpretación del término mc ^ 2. Observando la similitud entre el término mc ^ 2 y el término de energía cinética mv ^ 2/2, proponemos interpretar que mc ^ 2 es un término de energía cinética. En otras palabras, proponemos que, en el llamado “marco de descanso”, las partículas masivas no están realmente en reposo, pero están haciendo un tipo especial de movimiento a la velocidad de la luz c. En esta interpretación, la “masa” no es una propiedad intrínseca de la partícula. La “masa” es simplemente la energía cinética asociada con este tipo especial de movimiento. La consecuencia más importante de esta hipótesis es que el término mc ^ 2, presente en el Hamiltoniano relativista, debe reescribirse como: mc ^ 2 => p_0 c, donde p_0 = mc es el módulo del momento lineal instantáneo \ vec {p } _0 asociado con el movimiento especial. Analizamos un escenario físico en el que este movimiento especial es un movimiento circular orbital microscópico (MOCM). La escala de longitud característica del MOCM es del orden de la longitud de onda de Compton de la partícula.

Un resorte comprimido tiene (ligeramente) más masa que uno en reposo, pero también es cierto que un solo fotón tiene energía sin tener masa. La masa se considera mejor como una forma de energía, sino más bien como una forma de organizarla, tal vez.

Para explicarlo más: la energía que tiene un sistema depende del marco de referencia en el que esté mirando ese sistema. Si estoy sentado en un tren y veo una pelota en el piso junto a mí, en mi marco de referencia, eso la pelota no se mueve y, por lo tanto, no tiene energía cinética. Sin embargo, desde el marco de referencia de alguien parado junto a las pistas, la pelota se mueve y tiene energía cinética (además de cualquier otra forma de energía que pueda tener, pero estaremos de acuerdo en todas esas). Entonces, la cantidad total de energía varía con el marco de referencia: puede ser mayor o menor, dependiendo de quién lo esté midiendo.

Pero para cualquier sistema dado, hay una cierta cantidad de energía total que, sin importar a qué marco de referencia vaya, nunca puede medir menos que esa cantidad de energía. Por ejemplo, cuando estoy en el marco de referencia donde esa bola tiene un momento cero, mido una cierta cantidad de energía, y nadie en ningún otro marco de referencia medirá menos energía para ella. Esta cantidad mínima de energía es a lo que nos referimos como la masa del sistema.

Para un fotón, por el contrario, siempre podemos hacer que un fotón esté más desplazado hacia el rojo (y, por lo tanto, de menor energía) moviéndonos en la misma dirección que él, a velocidades cada vez mayores. La energía del fotón siempre será distinta de cero, pero puede ser cualquier número arbitrariamente cercano a cero: no hay piso absoluto en ningún lugar antes de cero. Entonces podemos decir que la masa de un fotón es cero.

Tenga en cuenta aquí que la masa es una propiedad de un sistema en su conjunto, y la masa del sistema puede no ser igual a la suma de las masas de sus componentes. Por ejemplo, supongamos que tengo un sistema que consta de dos fotones, que se alejan directamente el uno del otro. Puedo perseguir un fotón para desplazarlo hacia el rojo, pero cuando hago eso, también estoy desplazando hacia el otro fotón. No importa qué marco de referencia elijo, nunca puedo obtener la energía total más baja que en el marco de referencia donde ambos tienen la misma energía. Entonces, aunque cada fotón individualmente tiene masa cero, el sistema que consta de ambos fotones sí tiene masa.

Esto también significa que, siempre que sea coherente en lo que define como su sistema, la masa está totalmente conservada. Por ejemplo, si comenzamos con un sistema que consiste en un electrón y un positrón en reposo uno al lado del otro, ese sistema tendrá una masa total igual al doble de la masa del electrón. Luego, se aniquilan y se convierten en un par de fotones que se separan, y el sistema del par de fotones tiene exactamente la misma masa que el electrón / posit original.

La masa es la forma sólida de energía. Puede hablar de masa como una forma de energía casi estática. Dentro de su marco de referencia, que abarca el volumen que ocupa, cualquier punto dado está en reposo. Por lo tanto, sería casi cinético si cada parte de él estuviera en movimiento dentro de un marco de referencia dado.
Cuando ve un efecto de ondulación creado en un río por una piedra que todavía está reteniendo el flujo del río, el efecto de ondulación permanece estático, aunque el fluido que lo está causando se mueve completamente con la corriente del río. . Cuando vemos el efecto oscilatorio en su lugar, dentro de un fluido en movimiento, hablamos de efecto cinético cuasia.
La energía en nuestro universo tiene que formarse; Sólido o súper fluido. La parte que no es tan fácil de entender es la forma de energía súper fluida, porque interactúa consigo misma o con el efecto que ocurre cuando se encuentra con la forma sólida de energía (masa).
Tenemos la noción de que hay otra forma de energía, que genera tensión, magnetismo y gravedad. Esos son indicadores de la misma energía que está presente en todo momento, interactuando con las partículas de masa. La energía es energía; no confunda energía de masa con energía superfluida. Todavía no estamos hablando de la química de ambas formas de energía.
No puede tener un volumen vacío, ya que todo lo que sabemos debe estar hecho por energía. Entonces, si existe un volumen, debe estar ocupado por energía; incluso en ausencia de partículas en masa, debe haber energía para que exista el volumen.
Les recuerdo que la masa es una forma casi estática o una forma sólida de energía y que la otra parte de la energía que falta en todos los libros de texto es la forma de energía súper fluida, que solo es tangible, cuando está en forma casi cinética; significado, voltaje, magnetismo y gravedad.
Esto lo digo, puede ser un enfoque diferente para ver nuestro universo, pero así es como yo lo veo. En mi versión del universo, la relatividad especial está muerta. Ya nada parece ser tan relativo ni tan especial.
Tome dos partículas de masa de igual forma y mismas dimensiones. Ahora póngalos en un volumen de energía súper fluida; De repente, las partículas de masa parecen interactuar entre sí. Ni se atraen ni se repelen. Lo que realmente tiene lugar son las leyes fundamentales de la termodinámica, con una simple adición; No puede tener un volumen desprovisto de energía. Ese simple truco da origen a la primera interacción dentro de las partículas.
Si no puede tener un volumen vacío, y la forma primordial de energía imprescindible tiene una forma súper fluida, dos partículas dentro de un volumen de energía súper fluida crearán un desequilibrio repentino en el volumen de energía. La forma de energía súper fluida, se precipitará hasta el punto de desequilibrio energético, para lograr el equilibrio energético. La densidad de la energía súper fluida cambiará hacia el punto de desequilibrio, y la energía súper fluida separará las partículas. Pero debido a que la energía súper fluida se precipita hacia un punto de desequilibrio energético entre las partículas, ambas partículas se encuentran con el súper fluido en oposición al movimiento. Esto crea un enredo entre las partículas que erróneamente creemos que son partículas fantasmas de otros universos que no podemos ver, interactuando con nuestras partículas, en nuestro universo.
Quizás el cambio en la densidad de la energía súper fluida había sido confuso para tal partícula; que quedan por encontrar.
Si obtuviéramos la fórmula de la energía para ver qué energía tenemos en un cuerpo de materia y cómo evoluciona de un nivel al siguiente; entonces podemos escribir esto:
a) Para un volumen de partículas en masa en forma cinética:
E = mc ^ 2
b) Para un cuerpo de materia formado por dos partículas de masa en forma cinética:
E = (2 (mc ^ 2) + 2 (fc ^ 2)) / 4
Observe que para que se produzca el equilibrio entre las partículas, la misma cantidad de energía súper fluida debe estar presente en el volumen interactivo.
c) Para un cuerpo de materia en nuestro nivel de interacción:
E = 2 (mc ^ 2) / 4 + 2 (fc ^ 2) / 4
Las interacciones que ocurren en este nivel transforman la ecuación energética en la energía de masa cinética del cuerpo de materia y las fuerzas que unen la partícula en el cuerpo de materia.
E = 2 (mc ^ 2) / 4 = 1 / 2mc ^ 2
y
E = 2 (fc ^ 2) / 4, el voltaje intrínseco, las propiedades magnéticas y la gravedad del cuerpo de la materia.
Les recuerdo nuevamente que así es como lo veo. Gran parte de lo que veo en mi mente no se dice aquí. Podría ser confuso para usted, por las cosas que le quedan por decir.
¡La masa es una forma de energía casi estática!

Si vamos por relatividad especial,
Misa de descanso
La masa en reposo o la masa invariante es la norma del impulso cuatro y la energía es el componente del tiempo.

Para dar una analogía, si tomamos el desplazamiento de una partícula que viaja a lo largo de una línea recta en el espacio tridimensional euclidiano, entonces la norma de desplazamiento es la distancia recorrida y en coordenadas cartesianas, el desplazamiento tendrá componentes a lo largo de x , y , z . Ahora, si 2 observadores están observando la misma partícula, pero están orientados en diferentes direcciones, digamos que el eje x para uno es el eje y para otro y el eje y para el primero es el eje x para el segundo, entonces ambos miden diferentes coordenadas, pero están de acuerdo en La distancia total recorrida por la partícula que es la norma.

Llegando al caso de energy-momentum-restmass,
en el marco de descanso de la partícula, los componentes x , y , z son 0 y la masa en reposo es la misma que [math] \ frac {E} {c ^ {2}} [/ math].

Mientras que, si estamos observando un fotón con masa en reposo cero, entonces tenemos [math] E = pc [/ math].

Masa relativista
Aunque no uso mucho este término, algunos lo usan y no hay nada de malo en hacerlo, siempre y cuando estemos seguros de lo que implica. Se define como [math] m _ {\ rm {rel}} = \ frac {E} {c ^ {2}} [/ math] como se observa en el marco del observador (no es necesario que sea el marco de descanso de la partícula). Ahora, si seguimos esta definición, entonces no tiene sentido preguntar si la masa relativista es una forma de energía, ya que es solo un truco matemático hecho con energía.

Entonces diría que en el marco relativista, la energía de la masa en reposo y el momento tridimensional son todas formas de momento 4.

Realmente no lo es, pero la traducción de la Relatividad Especial al lenguaje newtoniano hace que muchos estudiantes crean que sí.

” E = m c ²” es ciencia basura; se puede encontrar otra fórmula en los libros de texto de relatividad especial del siglo XXI:

E ² = m ₀² c ⁴ + p ² c ²
donde E es la “energía”, m ₀ es la masa invariante (reposo) y p es el impulso. A veces simplemente se escribe ” m ” en lugar de ” m ₀”.

Uno puede distinguir dos “partes” en E , a saber, que E = E ₀ + K , donde E ₀ = m ₀ c ² y K se dice que es la “energía cinética”. Esto permite un límite de baja velocidad (no relativista) para m ₀> 0 cuerpos:

K ≈ p ² / 2 m

¿Pero son estas dos “partes de energía” diferentes sustancias? Ellos no son. Ambos son energía y nada más. “La conversión de energía en masa” (y viceversa) es un meme centenario que se convirtió en una pesadilla para los estudiantes de física. La energía es una cantidad conservada, conservada de manera similar a la conservación del momento. m₀ es una cantidad escalar llamada masa invariante porque es independiente del marco de referencia y es una propiedad intrínseca de un cuerpo físico. No es una cantidad conservada, pero especifica E ₀, el mínimo para E.

Descargo de responsabilidad: no soy físico, pero de todos modos, aquí vamos:

>> ¿Es la masa una forma de energía?

Absolutamente, esa es la esencia de Einstein E = m * c ^ 2

También es la razón por la que necesitamos colisionadores de partículas más poderosos para desenmascarar más secretos del Universo. Chocamos protones entre sí a velocidades cada vez más altas (y, por lo tanto, energías más altas, ya que E = 0.5 * m * v ^ 2). La enorme energía liberada tiene el potencial de “condensarse” en una masa, una partícula, que nunca antes se había detectado.

En lo que respecta al Higgs que afecta esta idea, me imagino que podría arrojar luz sobre ella, pero no cambiarla de manera efectiva.

Pero, de nuevo, así es como se hacen los descubrimientos.

La masa es una relación matemática entre la “fuerza” externa sobre un cuerpo y su aceleración. La energía es un término indefinido en física, generalmente entendido como la capacidad de hacer trabajo. La habilidad es una calificación. Por lo tanto, ambos, masa y energía, son entidades funcionales que no tienen realidad objetiva ni existencia positiva en el espacio. Como entidades funcionales, cumplen todas las funciones que les asignan los seres racionales. Con suficientes deliberaciones, se puede establecer cualquier tipo de relación entre ellos.

La masa puede considerarse como energía que fue ‘atrapada’ por el campo de Higgs.
Imagina que tienes un tazón enorme y hay cadenas de fideos flotando a su alrededor. De repente, algunos de ellos se desmoronan un poco para que no fluyan tan bien como los demás y formen grupos para siempre.
Entonces, la masa es solo una forma de energía, donde las cadenas de fideos son energía y los grupos son masa.

Pregunta muy inteligente. El mecanismo de Higgs no puede generar ninguna masa en el sentido de la energía. http: //article.sciencepublishing …

Si pudiera hacer que un tren (M) viajara en C² a través de un vacío, primero se reduciría a su singularidad, tal vez un agujero negro del tamaño de una mota, y luego se convertiría en luz (E). Entonces, si estaba tomando el sol bajo una masa de velocidad tan alta, podría quemarse con pedazos de tren. Sí, la masa es una forma de energía. Si saltas una piedra a través de un estanque, tu energía se imparte en cada átomo de la masa de la piedra hasta que la gravedad absorbe la energía que arrojaste a la piedra. Y lo que es más, cada átomo dentro de la piedra se convertiría en E si pudieras arrojar la piedra a C² a través del vacío.

La energía y la masa ocurren de manera similar en el tensor de energía de masa que forma la base de la relatividad general. De hecho, se usa de manera tan intercambiable que los físicos muchas veces ignoran la c y escriben E = m. El mecanismo higgs de ruptura de simetría da masa a la partícula. La masa aparece como la solución del campo higgs mismo. Entonces, sí, la igualdad de energía en masa aún se mantiene, ya que la masa nace de un campo (energía).