Si un fotón tiene masa, ¿cómo viaja a la velocidad de la luz?

En los primeros días de la relatividad, los físicos se dieron cuenta rápidamente de que a medida que un objeto se acelera, cada vez es más difícil aumentar su velocidad en una cantidad determinada. Esta es una forma de expresar la razón por la cual ningún objeto puede exceder la velocidad de la luz. Ahora, decimos que un objeto que es más difícil de mover tiene más inercia, y la convención prevaleciente es que la inercia debe estar relacionada con la masa, por lo que tiene sentido que un objeto que se mueve más rápido tenga más masa, en cierto sentido. Los físicos acuñaron el término “masa relativista” para referirse a esta cantidad.

Sin embargo, en reposo, la masa relativista es el valor mínimo posible que puede tener un objeto; es la cantidad de masa que es intrínseca al objeto. Por lo tanto, fue nombrado correctamente como “masa de descanso”

Al descubrir la relatividad general, los físicos se dieron cuenta de que tiene más sentido decir que la inercia está relacionada con la energía , no solo con la masa.

Así que el término “masa relativista” cayó en desgracia y los físicos simplemente comenzaron a hablar de energía. Los dos están simplemente relacionados por la ecuación

[matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas] (aquí, m es en realidad la ‘masa relativista’)

(Así que en estos días “masa” se refiere a lo que antes se conocía como “masa en reposo”).

Para entender el movimiento de un fotón, uno debe entender la ecuación completa de Einsteins

[matemáticas] E ^ 2 = m ^ 2c ^ 4 + p ^ 2c ^ 2 [/ matemáticas]

que dice que la energía proviene tanto de la masa como del momento. Entonces, incluso si una partícula no tiene masa, aún puede obtener su energía del impulso, y los fotones sí tienen tanto energía como impulso.

Así es como un fotón, aunque con masa intrínseca = 0, puede viajar a la velocidad de la luz.

lea más en: -¿Cómo puede un fotón no tener masa y aún viajar a la velocidad de la luz?

“Velocidad de la luz” tiene múltiples significados, lo que resulta en ambigüedad en su pregunta.

Distingamos entre la velocidad de los fotones, por un lado, y la velocidad límite máxima a la que la materia ordinaria y la información pueden viajar en el universo, denotado por el símbolo “c” .

Los neutrinos tienen masa, pero su velocidad es indistinguible de la velocidad de los fotones.

La mejor comparación entre la velocidad de neutrinos y la velocidad de los fotones proviene de las observaciones de SN 1987A. Dos o tres horas antes de que los fotones del SN 1987A llegaran a la Tierra, se observó una explosión de neutrinos fuertemente agrupados (todos llegando en 13 segundos) simultáneamente en tres observatorios de neutrinos separados. La diferencia en el tiempo entre la detección de neutrinos, asociada con el colapso del núcleo, y la detección de fotones puede explicarse por completo por el tiempo que tardó la onda de choque en llegar a la superficie estelar.

Es probable que cualquier diferencia entre la velocidad del fotón yc sea ​​menor que la diferencia entre la velocidad del neutrino y la velocidad del fotón.

Los fotones son los cuantos de un campo de calibre abeliano con simetría ininterrumpida, y simplemente no hay forma de acomodar fotones masivos dentro de ese contexto teórico. Los argumentos teóricos por lo tanto sugieren fuertemente que la velocidad de los fotones es exactamente igual a c.

Sin embargo, el experimento siempre gana sobre la teoría. Experimentalmente, solo podemos afirmar que la velocidad de los fotones es igual a c dentro de límites extremadamente estrictos.

Bueno, hay una diferencia entre la masa en reposo [matemática] m_0 [/ matemática], es decir, la masa del objeto cuando no se mueve, que es invariante del marco de referencia, y la masa cinética [matemática] m \ geq m_0 [/ matemática] , que , en general, depende del marco de referencia. Los fotones no tienen masa en reposo, por lo que no son masivos en ese sentido. Los fotones tienen energía, y dado que [matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas], tienen masa cinética . Aquí, [matemática] E [/ matemática] es energía total y [matemática] c [/ matemática] es la velocidad de la luz (en el vacío).

Tenga en cuenta que existe cierta controversia sobre el tema de si el término masa cinética debe usarse en absoluto. En particular, el fallecido Lev Okun y sus seguidores discutieron furiosamente en contra. Personalmente, encuentro que la idea de masa cinética es más útil que confusa. Sin embargo, es posible que prefiera pensar en los fotones como sin masa y asumir que la famosa fórmula debería verse así:

[matemáticas] E_0 = m_0 c ^ 2 [/ matemáticas]

y aplicar solo para descansar masa. Entonces [math] E_0 [/ math] aquí es energía de reposo intrínseca: la energía que algo tiene simplemente por existir , mientras que la energía total podría definirse como

[matemáticas] E ^ 2 = p ^ 2 c ^ 2 + m_0 ^ 2 c ^ 4, [/ matemáticas]

donde [math] p [/ math] es el impulso.

Se puede demostrar que los fotones no tienen masa en reposo, lo cual no es un problema ya que los fotones no pueden estar en reposo en ningún marco de referencia, siempre , de forma algo contraintuitiva, se mueven a la velocidad de la luz, en cualquier marco de referencia. .

Lo que es interesante, si adoptamos la idea de la masa cinética, es bastante sencillo mostrar matemáticamente que si la teoría especial de la relatividad es correcta, las partículas con masa en reposo cero tienen que viajar a la velocidad de la luz, y las partículas masivas (con valores distintos de cero masa en reposo) no puede viajar a la velocidad de la luz.

En breve,

[matemáticas] E ^ 2 = p ^ 2 c ^ 2 + m_0 ^ 2 c ^ 4 [/ matemáticas]

[matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas]

[matemáticas] p = mv [/ matemáticas] – tenga en cuenta que esto solo funciona con masa cinética!

por lo tanto,

[matemáticas] m ^ 2 (1 – \ frac {v ^ 2} {c ^ 2}) = m_0 ^ 2 [/ matemáticas]

entonces, para cualquier partícula con [matemática] v = c [/ matemática], [matemática] m_0 = 0 [/ matemática], y para cualquier partícula con [matemática] m_0> 0 [/ matemática], [matemática] \ frac {v ^ 2} {c ^ 2} <1 [/ matemáticas], por lo tanto, [matemáticas] v

Primero, un fotón no es una partícula. Es un paquete de energía pura en forma de onda. Dependiendo de la longitud de la señal, se envían varios paquetes de fotones desde la fuente. Los fotones por naturaleza pueden actuar como partículas (y ondas) en el famoso experimento de doble rendija, por ejemplo. Pero no tienen una “masa en reposo”: tradicionalmente se dice que los fotones no tienen masa. Si los fotones tuvieran masa, nunca podrían alcanzar la velocidad de la luz ya que todas las partículas (relativistas) aumentan sin límite cuando se aceleran. Y por lo tanto, necesitarías cantidades infinitas de energía para acelerar la partícula. (Y es por eso que nunca podremos viajar a la velocidad de la luz).

Aquí hay un artículo sobre cómo configurar un experimento para colisionar fotones para crear masa, ya que la energía es equivalente a la masa. (Según la famosa fórmula de Einsteins). La colisión de dos fotones crearía positrones y electrones. No sé si alguien ha probado el experimento, pero supongo que lo habríamos escuchado si hubiera tenido éxito. (Porque eso podría ser un experimento ganador del Premio Nobel).

Cuando Einstein escribió la famosa E = mc ^ 2, las personas comenzaron a darse cuenta de la física desde una visión mucho más “clara”. Sabiendo que la energía debe ser igual a la masa, ¿cómo puede ser tan triste algo que tiene suficiente energía para viajar a la velocidad de la luz?

Sus preguntas se refieren a cómo viaja algo con masa (fotón) a la velocidad de la luz. Primero tenga en cuenta esa “masa” de un fotón. Está más allá de la comprensión básica de las mediciones que es casi incalculable. Ganarían su masa al igual que otras partículas viajando a través del “campo de Higgs”. Por supuesto, esto significa que algunas partículas tienen masas diferentes que otras. Sin embargo, los fotones son especiales en el sentido de que no interactúan y ganan masas cuando atraviesan el campo de Higgs. Esto a su vez significa que no tienen una masa.

Algunos podrían preguntar “bien, ¿cómo pueden verse afectados por un gran campo gravitacional”. La respuesta es algo simple. La luz no se ve técnicamente afectada por grandes campos gravitacionales. Esto se debe a que, en cambio, el espacio y el tiempo se distorsionan alrededor de objetos increíblemente masivos y la luz simplemente sigue esta curvatura distorsionada del espacio.

Los fotones no tienen masa en reposo. La masa en reposo se considera invariante, a todos los efectos.

Como referencia, la equivalencia masa-energía se expresa mediante la famosa ecuación [math] E = mc ^ 2 [/ math].

Sin embargo, lo que sí tienen es masa relativista , que luego constituye la energía total del cuerpo.

Es muy importante tener en cuenta que los objetos con masa en reposo no pueden alcanzar la velocidad de la luz, y mucho menos superarla.

Espero haber ayudado!

Los modelos actuales aceptados concluyen que el fotón no tiene masa. Pero la equivalencia de energía de masa sugiere que el fotón tiene masa. Además, la luz se ralentiza en el aire, fluidos, etc. Lorenz sugirió que la luz viajaba a la velocidad más rápida de la materia en lugar de la versión especial de relatividad.

Mi STOE sugiere otro paradigma: la partícula más pequeña es una superficie 2D que se combina en una columna para formar el fotón. Viajar en paralelo a la superficie no presenta área de superficie que impida la velocidad. Este modelo predijo el resultado de un experimento único de difracción e interferencia que también rechazó todos los modelos de onda de luz. Un aficionado puede hacer el experimento en casa. Hazlo tu mismo.

Una partícula masiva no puede viajar a la velocidad de la luz ya que significaría energía infinita.

Debe elegir entre “masa + siempre más lenta que la luz” y “sin masa + siempre exactamente la velocidad de la luz”. Ver aquí para una explicación.

Siempre me he preguntado si los fotones realmente viajan O son estacionarios y simplemente se agitan con la transferencia de energía que ocurre a 186,000 millas por segundo. Si los fotones tienen masa cuando están agitados, deben tener masa cuando no están agitados pero no son visibles. ¿Energía oscura? Veremos.

Si el fotón tiene masa, entonces podríamos ver algún otro tipo de realidad.

Es como si Trump no fuera el presidente de Estados Unidos. Veríamos otra América.