¿Cómo puede un fotón no tener masa?

Por favor considere una cita de Einstein. En cuanto a Einstein, escribió en 1951: “Todos estos cincuenta años de reflexión no me han acercado más a responder la pregunta, ¿qué son los cuantos de luz?”

Momento y energía del fotón.

En 1906, Einstein asumió que los cuantos de luz (que luego se denominaron fotones) no tienen masa. Energía relativista E y momento P dado por;

Es posible que podamos permitir m = 0, siempre que la partícula siempre viaje a la velocidad de la luz c. En este caso, la ecuación anterior no servirá para definir E y P; ¿Qué determina el impulso y la energía de una partícula sin masa? No la masa (eso es cero por suposición); no la velocidad (eso siempre es c). La relatividad no ofrece respuesta a esta pregunta, pero curiosamente la mecánica cuántica sí, en la forma de la fórmula de Plank;

Como se desprende de la fórmula de masa relativista de Einstein:

Los físicos no se han detenido bajo la suposición de sin masa. Se hicieron más intentos para aclarar los fotones macizos en física teórica y experimental. Algunos físicos mostraron que hay un límite superior en la masa de fotones, aunque la cantidad es muy pequeña, pero no cero.

Revisar conceptos incorrectos y complejos en física teórica.

En la mecánica cuántica relativista, el problema es que las ecuaciones de Dirac no pueden explicar la producción de pares virtuales y la descomposición en el vacío. Es por eso que el principio de incertidumbre se usa para justificar la producción de pares virtuales y la descomposición en el vacío. Richard Feynman propuso el comportamiento del cálculo de partículas elementales en diagramas en serie que se llama diagramas de Feynman que incluye también la producción de pares virtuales y la descomposición del vacío.

En mecánica cuántica, el concepto de una partícula puntual se complica por el principio de incertidumbre de Heisenberg, porque incluso una partícula elemental, sin estructura interna, ocupa un volumen distinto de cero. Según la mecánica cuántica de que el fotón y el electrón son partículas no estructuradas, no podemos responder las preguntas sin respuesta.

Con todo el esfuerzo realizado en las últimas décadas en QED, hay una pregunta fundamental que nunca se ha planteado o si se ha planteado (no hemos visto) se ignora. En la física moderna, una partícula cargada emite y absorbe energía, pero su mecanismo no se describe. Entonces la pregunta es; Si el fotón es una partícula no estructurada, con masa en reposo cero y sin carga eléctrica (y neutral), ¿cómo las partículas cargadas la absorben y la irradian? Hay muchos artículos que muestran que el fotón tiene un límite superior de masa y carga eléctrica, que son consistentes con las observaciones experimentales. Las teorías y experimentos no se han limitado a fotones y también se incluirán gravitones. Para la gravedad ha habido debates vigorosos sobre incluso el concepto de masa de reposo de gravitones.

En las últimas décadas, se discute la estructura del fotón y los físicos están estudiando la estructura del fotón. Alguna evidencia muestra que el fotón consiste en cargas positivas y negativas. Además, un nuevo experimento muestra que la probabilidad de absorción en cada momento depende de la forma del fotón, también los fotones tienen unos 4 metros de largo, lo que es incompatible con el concepto no estructurado.

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.

Leer más: la respuesta de Hossein Javadi a Si las modificaciones a la teoría de la relatividad especial muestran que los fotones son capaces de tener masa en reposo, ¿cómo afectaría esto a la física moderna?

¿No es la definición de masa “la cantidad de materia que contiene un cuerpo”? Si algo no está hecho de nada, ¿cómo puede existir?

Tienes razón al encontrar fallas en esa definición. Ver la respuesta de Brian Bi a ¿Qué es la masa? para una discusión sobre cómo definir realmente la masa.

Para resumir los puntos clave de esa respuesta: la masa no es “cantidad de materia”, sino que es una constante que describe las relaciones entre la velocidad, el momento y la energía de un objeto. En el caso de un fotón, el número que tiene que poner para obtener la relación correcta entre el momento y la energía resulta ser cero. Esa relación es

\ begin {ecuación}
E ^ 2 = p ^ 2 c ^ 2 + m ^ 2 c ^ 4
\ end {ecuación}

aunque en la otra respuesta lo escribí en la forma [math] m = \ sqrt {(E / c ^ 2) ^ 2 – (p / c) ^ 2} [/ math]. Para un fotón, la energía y el momento son realmente proporcionales, por lo que el término extra a la derecha debe desaparecer, por lo que [matemática] m = 0 [/ matemática].

Una cosa interesante sobre esta relación energía-momento es que si pones [math] p = 0 [/ math] (para cuando el objeto está en reposo) entonces obtienes [math] E = mc ^ 2 [/ math]. Por lo tanto, una forma de definir la masa es [matemática] 1 / c ^ 2 [/ matemática] veces la energía en reposo. ¿Cuál es la energía en reposo de un fotón? Desafortunadamente, un fotón no tiene una energía en reposo ya que nunca puede estar en reposo.

La intuición de que algo sin masa no puede existir es en realidad parcialmente cierto. De hecho, un objeto estacionario con masa cero no puede existir. Si hubiera un objeto así, también tendría cero impulso y cero energía, y entonces realmente no podría existir. Una partícula sin masa siempre debe viajar a la velocidad de la luz en el vacío, y es imposible hacerla estacionaria.

Si intenta “alcanzar” a un fotón impulsándolo hacia él, simplemente se volverá más y más rojo en su marco de referencia, pero no perderá ni un ápice de velocidad. Entonces, al elegir su marco de referencia, puede hacer que la energía de un fotón sea arbitrariamente cercana a cero, pero no igual a cero. Si el fotón tuviera una masa positiva [matemática] m [/ matemática], entonces nunca podría observar que tiene una energía menor que [matemática] mc ^ 2 [/ matemática]; [matemáticas] mc ^ 2 [/ matemáticas] sería el mínimo absoluto. Dado que, para un fotón, el infimum es cero, es “casi” correcto decir que la energía en reposo del fotón es cero y, por lo tanto, también lo es su masa.

No puedo responder “cómo puede existir”. En principio, creo que tenemos que aceptar que sí, pero un universo donde no existía nada es autoconsistente, pero no con nosotros en él.

Ahora, dado que existe, ¿cómo puede ser sin masa? Otros citan ecuaciones relativistas, pero es una forma más simple de verlo. Siguiendo a Maxwell, la luz es una secuencia de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, cuya acción se cuantifica (por lo tanto, E / nu = h). Ahora, tanto el campo eléctrico como el campo magnético deben estar sin masa, de lo contrario el Universo colapsaría bajo las enormes masas de campos estacionarios de quarks, electrones, etc. Si los campos no tienen masa, se deduce que las oscilaciones en ellos no tendrán masa.

Según el modelo estándar de física, todas las partículas son inicialmente sin masa. Pero algunos de ellos se ven afectados por los campos que les dan masa. Otros no están tan afectados.

El fotón es uno de una clase de partículas llamadas bosones vectoriales. Otros en esta clase incluyen los bosones W y Z, que están involucrados en interacciones débiles como la desintegración beta de neutrones.

Los bosones vectoriales generalmente se describen como unas pocas partículas distintas, pero en realidad hay un rango continuo de ellas. Una partícula podría estar a medio camino entre Z y el fotón, por ejemplo.

El campo de Higgs actúa para dar masa a los bosones del vector, dependiendo de en qué parte del rango caen. Definimos el fotón como el único punto en el rango que tiene interacción cero con el Higgs y, por lo tanto, masa cero.

La partícula de Higgs

Modelo estándar (formulación matemática) – Wikipedia

Estás citando la definición de masa de Newton. Dado que Newton fue revocado por Einstein, nadie le presta especial atención a Newton, especialmente en este tema.

Einstein dijo que la energía tiene una masa que deforma el espacio-tiempo. También demostró, por el efecto fotoeléctrico, que la energía se cuantifica en paquetes de energía llamados fotones. Por lo tanto, esos fotones tienen masa.

Por el contrario, el Mecanismo de Higgs establece que los fotones no tienen masa porque no interactúan con el campo de Higgs. Ahora bien, Einstein o Higgs están equivocados. Mi intuición es que Higgs está equivocado, es decir, no hay un bosón de Higgs y mucho menos un campo de Higgs. Esto también significa que el modelo estándar está equivocado. Pero luego se descubrió que era falso hasta que el Mecanismo de Higgs le dio nueva vida.

Una teoría marginal dice que los fotones están compuestos de partículas con carga opuesta donde las cargas dan lugar al componente del campo eléctrico y su movimiento da lugar al componente del campo magnético. Entonces, los fotones tienen masa, es decir, es la energía que está hecha de partículas, no las partículas están hechas de energía concentrada o no.

de Broglie demostró que las partículas mascotaroscópicas, como el electrón, también muestran un comportamiento ondulatorio. Por lo tanto, el fotón tiene masa y muestra el comportamiento de las ondas.

Los fotones están hechos de cuerdas vibrantes de energía, tanto con la mano derecha como con la l