Las matemáticas simples en [matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas] implica que la velocidad de la luz puede expresarse como una relación entre la energía y la materia. ¿Alguien puede dar más detalles?

Un poco de pedantería (ignorar si es alérgico)

En primer lugar, es importante tener en cuenta que la m en la fórmula representa la masa y no la materia. Esta es una distinción interesante que a menudo se ignora pero tiene consecuencias significativas:

La teoría moderna sostiene que ni la masa ni la energía pueden ser destruidas, sino solo trasladadas de un lugar a otro. La masa y la energía se conservan por separado en una relatividad especial, y no se pueden crear ni destruir. En física, la masa debe diferenciarse de la materia, una idea menos definida en las ciencias físicas. La materia, cuando se ve como ciertos tipos de partículas, puede crearse y destruirse (como en la aniquilación o creación de partículas), pero los precursores y productos de tales reacciones retienen tanto la masa como la energía originales, cada una de las cuales permanece inalterada (conservada) durante todo el proceso. proceso. Dejar que m en E = mc2 represente una cantidad de “materia” (en lugar de masa) puede conducir a resultados incorrectos, dependiendo de cuál de varias definiciones diferentes de “materia” se elijan.

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Un cuento de dos unidades

Entonces, ¿qué significa que la velocidad de la luz puede expresarse como una relación entre energía y masa ? En realidad, es solo un artefacto histórico de los dos caminos diferentes por los cuales llegamos a conocer dos aspectos aparentemente diferentes de lo que ahora consideramos una sola cantidad. Es decir, masa y energía son en realidad lo mismo, pero como no lo sabíamos, creamos dos unidades de medida diferentes para describirlas. Debido al paradigma particular en el que se definió cada unidad, la conversión entre ellas tiene unidades de velocidad al cuadrado.

Masa

La medida de masa se inventó originalmente para describir la inercia y la gravedad. Sabíamos por experimentos cuidadosos que existe una relación matemática estricta entre la mecánica del movimiento de un objeto y algún valor cuantitativo asociado con ese objeto. Llamamos a ese valor masa y creamos una unidad para describirlo comparándolo con un estándar arbitrario (como un volumen de agua o un trozo de metal en particular). Debido a los tamaños relativos de las contribuciones a la masa de un objeto a partir de su materia frente a otras formas de energía, asumimos que la masa dependía solo de la cantidad de materia. Estuvimos equivocados. De hecho, si tiene dos grumos de materia idénticos, excepto que uno de ellos vibra más (tiene una temperatura más alta), el más caliente pesará más. Por supuesto, la diferencia es tan pequeña que pasó desapercibida durante milenios.

Energía

La medida de la energía se inventó para describir la noción de que cuando un objeto funciona sobre otro, el trabajador pierde algo y el trabajador gana algo. Llamamos a eso algo energía e inventamos una unidad para describir cuánto trabajo mecánico se realizó. Por ejemplo, el Joule se define como el trabajo realizado aplicando una fuerza de un Newton sobre una distancia de un metro, o de manera equivalente, acelerando una masa de un kilogramo a una velocidad de un metro por segundo por segundo sobre una distancia de un metro . De lo que no nos dimos cuenta es que la materia tiene energía incluso cuando no se le ha impartido movimiento. Sin embargo, creyendo que la cantidad de materia no tenía relación directa con la cantidad de energía contenida en un objeto, desarrollamos una unidad para describir la energía en términos de movimiento.

La energía es masa veces velocidad al cuadrado

Así que ahora tenemos dos unidades de medida que describen energía, y ambas describen masa. El kilogramo se basa en comparar el peso de un objeto con un estándar completamente arbitrario. El Joule se basa en tomar un objeto con esa masa arbitraria e impartirle movimiento. Ahora queda claro por qué la relación entre energía y masa tiene unidades de velocidad al cuadrado. Es porque definimos el Joule como kilogramo por la aceleración por la distancia, y la aceleración por la distancia es la velocidad al cuadrado.

[matemáticas] J = kg \ cdot \ frac {m} {s ^ 2} \ cdot m = kg \ cdot \ left (\ frac {m} {s} \ right) ^ 2 [/ math]

Entonces, ¿por qué el factor de conversión es específicamente la velocidad de la luz al cuadrado? En un mundo ideal, el factor de conversión debería haber sido 1, ya que masa y energía son la misma cosa. La razón por la que no es 1 es porque las unidades de distancia (metro) y tiempo (segundo) también son completamente arbitrarias. El hecho de que el kilogramo sea arbitrario en realidad cancela la ecuación [matemática] E = mc ^ 2 [/ matemática], ya que el lado izquierdo está en julios, que son proporcionales a kilogramos, y el lado derecho es proporcional a m , que Está en kilogramos.

El factor de conversión restante de [matemáticas] c ^ 2 [/ matemáticas] es necesario porque expresa la relación entre nuestras unidades de distancia y tiempo definidas arbitrariamente. En un mundo ideal, habríamos definido nuestras unidades de modo que la velocidad de la luz sea una unidad de distancia por cada unidad de tiempo. De hecho, gran parte de la física actual se realiza utilizando tales unidades como una cuestión de conveniencia matemática. En estas unidades, la famosa ecuación de Einstein se afirma de manera menos romántica (pero no menos profunda) como [matemáticas] E = m [/ matemáticas].

Conclusión

Por lo tanto, el hecho de que la velocidad de la luz puede expresarse como una relación entre energía y masa es el resultado de nuestra decisión de definir nuestra unidad de energía en términos de movimiento, que es la distancia en el tiempo, y definir nuestra unidad de masa en términos que Son independientes del movimiento. Por lo tanto, el factor de conversión es la descripción de cómo funciona el movimiento en nuestro universo.

En un mundo ideal, nos habríamos dado cuenta desde el principio de que el tiempo y el espacio están íntimamente relacionados, y que hay una cierta velocidad que define la relación única entre la distancia y el tiempo en nuestro universo particular. La luz viaja a esta velocidad porque atraviesa el espacio a la velocidad más rápida posible. Perdimos ese punto inicialmente y en su lugar definimos nuestras unidades de distancia y tiempo de forma independiente y arbitraria, de modo que es necesario un factor de corrección.

Ese factor de corrección se llama c y continúa contaminando lo que de otro modo serían declaraciones matemáticas claras y elegantes de la ley física hasta el día de hoy.

Es notable que la relación E = mc ^ 2 es una relación definida entre energía y masa, no importa. Entonces, mi respuesta es “exactamente, sí”.

He pensado muchos años en ello y he descubierto que necesitamos reconsiderar la segunda ley relativista de Newton, finalmente lo he hecho. (1, 2, 3 y 4)

Al revisar los postulados especiales de la relatividad, siempre surgen algunas preguntas como: “¿La velocidad constante de la luz (energía de los fotones) es el resultado de un accidente natural?” O “¿Cuál es la diferencia entre las características de masa y energía mientras que la velocidad de la energía? está arreglado; ¿La velocidad de la materia puede cambiar y no puede alcanzar la velocidad de la luz? ”. Mientras tanto, cuando ocurren los procesos físicos y químicos, cierta cantidad de materia se convierte en energía; ¿Qué sucede durante este proceso que la masa con velocidad no constante se convierte en energía con la velocidad constante? ¿Y viceversa?

De acuerdo con las teorías fundamentales de la física de partículas y los problemas de energía en la producción y la descomposición de pares de materia-antimateria, se incluyen las características comunes entre materia y energía que pueden considerarse la velocidad constante del fotón como una propiedad que puede transmitirse desde la materia. en energía y viceversa y también las diferencias en la masa, la estructura de la materia y sus campos de relación se explican por la relación entre la contracción de longitud (reducir en volumen) y la masa relativista y la segunda ley de Newton relativista que muestran las variaciones de masa (es decir, el infinito la velocidad en mecánica clásica se reemplaza por la masa infinita). La masa infinita no es observable (como la velocidad infinita), ¿cómo podemos explicar el límite de velocidad sin masa infinita?

Masa de descanso

Como sabemos, algunas partículas como los fotones nunca se ven en reposo en ningún marco de referencia. Entonces, hay dos tipos de partículas en la física;

1- Algunas partículas como el fotón se mueven solo con la velocidad de la luz c, en todos los marcos de referencia inerciales. Llamemos a este tipo de partículas las partículas NR o las partículas de condición Never at Rest.

2- Otras partículas como el electrón siempre se mueven con la velocidad v

Según la definición anterior, el fotón y el gravitón son partículas NR, mientras que el electrón y el protón son partículas.

Considere que en el modelo estándar de física de partículas, las partículas de materia transfieren cantidades discretas de energía al intercambiar bosones entre sí. Nos ayuda a proponer una buena respuesta para este problema.

El enfoque honesto de tres cantidades de masa, energía y bosones (portadores de las fuerzas fundamentales) y la relación E = mc ^ 2 nos llevan a concluir que todo está hecho de energía. Por lo tanto, comprender la naturaleza física de la energía (fotones) es un requisito fundamental en física. Entonces, para generalizar la relación entre bosones y energía, debemos comenzar con la gravedad, que son las fuerzas fundamentales más débiles. Como sabemos, la energía (y también los bosones que llevan fuerza) se transfiere con la velocidad de la luz c.

Reconsiderando la segunda ley relativista de Newton

En la mecánica newtoniana, el tiempo es absoluto, y se aceptó la velocidad infinita y la segunda ley de Newton con masa constante que se presentó de la siguiente manera:

Al proponer la relatividad y la velocidad límite de la luz c, se corrigió la ecuación anterior de modo que la limitación de la velocidad debe haberse aplicado. Entonces la segunda ley de Newton fue la siguiente:

Bucherer midiendo la relación de carga con respecto a la masa de electrones e / m en diferentes velocidades, mostró que la masa aumenta junto con el aumento de la velocidad.

El experimento de Bucherer fue una verificación experimental de la masa relativista y debido a la precisión de la segunda ley relativista de Newton. El aumento de la masa de electrones al pasar del túnel del acelerador (imponiendo fuerza externa) se debe a la obtención de energía y la energía tiene masa. El sujeto que un objeto (o una partícula) no puede moverse con la velocidad de la luz, se debe a la estructura de la materia y al mecanismo de interacción del campo con la materia que, por principio de gravitón y energía sub cuántica,
ser constante del valor de la velocidad puede generalizarse de energía a masa. Por lo tanto, vale la pena reconsiderar el experimento de Bucherer. En el experimento de Bucherer, considere un electrón con masa m (0), velocidad v1 y en el momento t1 se mueve en la dirección de un eje, acelera bajo el efecto de la fuerza F y en el momento t2, su velocidad es v. En el intervalo de tiempo (t2- t1), el electrón gana energía igual a E, y su masa aumenta a medida que m (E). Entonces, podemos escribir:

De acuerdo con la ley de conservación del momento lineal, el momento del electrón de entrada m (0) v1 más el momento de energía obtenida en el intervalo de tiempo (t2-t1), debe ser igual al momento de salida. Por lo tanto, tenemos:

En la segunda ley de Newton, la masa extra puede estar relacionada con la energía obtenida. Entonces tenemos:

La ecuación del signo ± se ha marcado para dos estados de energía creciente y decreciente (variaciones direccionales colineales o no colineales en fuerza y ​​velocidad). La segunda ley de Newton en la ecuación anterior aumenta nuestra capacidad de tener una mejor cognición y explicación de los fenómenos físicos. Con tal enfoque a los eventos físicos y astrofísicos, la explicación del universo será más real.

Según la relación E = mc ^ 2, todo es un tipo de energía, por lo que podemos describir la estructura de la materia (como las partículas elementales) por la estructura de la energía (fotones).

Para estudiar y comprender la estructura del fotón, necesitamos describir la relación entre la frecuencia y la energía del fotón. El cambio de frecuencia del fotón en el campo gravitacional ha sido demostrado por el experimento Pound-Rebka.

Estructura de fotones

Cuando el fotón cae una distancia igual y hacia la tierra, de acuerdo con la ley de conservación de la energía tenemos:

Si consideramos este fenómeno como otra evidencia para verificar la relatividad general, nos detendremos en las mismas viejas teorías. Por lo tanto, si queremos obtener un resultado diferente, tenemos que cambiar nuestros pensamientos. El trabajo que realiza la fuerza gravitacional en el fotón no significa un simple concepto de aumento de la energía cinética, sino que algunos conceptos más y más profundos están ocultos más allá. Si queremos ver este fenómeno desde el punto de vista de la teoría cuántica de campos, debemos aceptar que los gravitones penetran en la estructura del fotón y, además de aumentar su energía, aumentan la intensidad del campo eléctrico y magnético. Sin embargo, al considerar los conceptos aceptados de la mecánica cuántica para los gravitones, este fenómeno no es justificable. Por lo tanto, debemos reconsiderar los conceptos de la mecánica cuántica sobre el gravitón e investigar sobre este fenómeno más allá de la mecánica cuántica.

Cargas de color y color magnético

Un fotón con la energía más baja posible también transporta campos eléctricos y magnéticos. Por lo tanto, las características de los gravitones ingresados ​​en la estructura del fotón deben comportarse de una manera que, junto con la explicación de la energía del fotón, describa el aumento en la intensidad de los campos eléctricos y magnéticos. En otras palabras, algunos de estos gravitones aumentan el campo eléctrico de los fotones y otros gravitones aumentan la intensidad de los campos magnéticos. Además, no solo un fotón en el nivel más bajo de su energía está formado por algunos de los gravitones, sino que también sus miembros formados tienen propiedades eléctricas y magnéticas que se llaman carga de color y color magnético en la teoría CPH. El siguiente paso es especificar las cargas de color y los colores magnéticos en los que se obtiene prestando atención al menos al cambio en la energía del fotón en un campo gravitacional mientras se mueve hacia el cambio de gravedad azul.

Al producir campos eléctricos positivos y negativos, se forman dos campos magnéticos alrededor de los campos eléctricos que se forman. Por lo tanto, se harán dos grupos de colores magnéticos. Entonces la matriz CPH se define de la siguiente manera:

La matriz CPH muestra la energía de menor magnitud de un fotón.

Energía Sub-Cuántica (SQE)

Utilizamos la matriz CPH para definir energías sub cuánticas positivas y negativas de la siguiente manera: la primera columna de la matriz CPH se define energía sub cuántica positiva y la segunda columna de la matriz CPH se define energía sub cuántica negativa, entonces;

La cantidad de velocidad y energía de las energías sub cuánticas positivas y negativas son iguales, y la diferencia entre ellas solo está en el signo de sus cargas de color y dirección de flujo de color magnético.

Fotones virtuales

Hay dos tipos de fotones virtuales, fotones virtuales positivos y negativos que se definen de la siguiente manera:

Un fotón real está formado por un fotón virtual positivo y un fotón virtual negativo:

Donde, n, k son números naturales. Hasta ahora, la producción de energía electromagnética (fotones) se describió utilizando el desplazamiento azul gravitacional, en fenómenos inversos, los fotones se descomponen en fotones virtuales negativos y positivos. En el desplazamiento al rojo, los fotones virtuales también se descomponen en energías sub cuánticas (SQEs) positivas y negativas, y las energías sub cuánticas (SQEs) también se desintegran en cargas de color y colores magnéticos. Las cargas de color y los colores magnéticos se separan, pierden su efecto entre sí y se convierten en gravitones.

Mediante el uso de energías sub cuánticas y fotones virtuales, las interacciones y los diferentes fenómenos físicos se pueden describir y visualizar. Se observa que en los diagramas de energías sub cuánticas, aparentemente se tuvo en cuenta (se consideró) solo un camino, es decir, se muestra que las partículas se mueven en un camino especial que aparentemente no es consistente con la mecánica cuántica. Porque, en la mecánica clásica, solo una ruta introduce el movimiento de una partícula, mientras que en la mecánica cuántica, todas las rutas se consideran para una partícula, incluso las rutas que son similares a la ruta clásica, pero no es también cierto. Por ejemplo, las partículas cargadas producen y propagan fotones virtuales de manera que la combinación de dos fotones virtuales no homónimos provoca la absorción de partículas cargadas no homónimas y la repulsión de dos partículas virtuales homónimas provoca la repulsión de partículas cargadas homónimas. Los fotones virtuales pueden moverse en todos los caminos posibles, si se alcanzan entre sí, se realiza la interacción. Sin embargo, dado que las partículas cargadas producen continuamente fotones virtuales con alta velocidad, si dos partículas cargadas se encuentran en sus campos, la ocurrencia de interacción es segura. Incluso en los diagramas de Feynman, es importante que el resultado de la interacción entre las partículas, no la probabilidad de los caminos recorridos.

Diagramas de Feynman y absorción de electrones y positrones por fotones virtuales

En la teoría CPH, la energía es un campo intensivo y la masa es energía densa.

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Primero, la “m” NO es materia, es masa; Y estos son completamente diferentes.

En segundo lugar, la ecuación correcta es:

Donde “p” es el impulso de 3 espacios y puede ver cuando el impulso es cero, la ecuación se reduce a la ecuación en la pregunta del OP.

Cualquiera que realmente use la ecuación establece c = 1 y la ecuación tiene un sentido más intuitivo cuando se escribe

Por lo tanto, puede considerar la energía E como el impulso general a través de las 4 dimensiones espacio-tiempo, el impulso p, el impulso a través del espacio y la masa, m, el impulso a través del tiempo.

Materia : aquello que se construye a partir de campos de materia cuántica. Estos campos dan lugar a partículas que, en términos simples, no pueden estar en el mismo lugar al mismo tiempo, por lo que se acumulan en sólidos, líquidos, gases, etc.

Masa : toda la energía dentro de un objeto. Esto incluye toda la energía térmica y no térmica, y la energía no térmica proviene principalmente del confinamiento de quark. Puedes pensar en la masa como la energía que le da forma al objeto, es decir, la energía organiza la materia.

Nota: He atendido la respuesta a la pregunta a los no científicos promedio, pero para aquellos de ustedes interesados ​​en un poco más de detalle, pueden ir aquí:

La respuesta de Harry McLaughlin a ¿Qué es la masa?