La teoría de la relatividad especial de Einstein predice que las partículas masivas tienen energía
[matemáticas] E = \ gamma mc ^ 2 [/ matemáticas]
donde [math] m [/ math] es la masa de la partícula, [math] c [/ math] es la velocidad de la luz y [math] \ gamma [/ math] es el factor de Lorentz. El factor de Lorentz es un número real, no tiene unidades y está determinado por una función de la velocidad de la partícula. El factor Lorentz explica el hecho de que las partículas masivas que se mueven a una velocidad relativa a su marco de referencia tienen más energía. Esta energía extra es su energía cinética.
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Cuando una partícula está en reposo en relación con su marco, el factor de Lorentz es 1, y la energía de la partícula viene dada por la ecuación más reconocida
[matemáticas] E = mc ^ 2. [/ matemáticas]
Esta ecuación establece que las partículas masivas tienen una cantidad intrínseca de energía potencial. Esta energía se conoce como la energía en reposo de la partícula o masa en reposo.
La energía de reposo de una partícula no varía en qué marco de referencia se encuentra. También se puede encontrar usando la relación
[matemáticas] E ^ 2 = (mc ^ 2) ^ 2 + (pc) ^ 2, [/ matemáticas]
donde [math] p [/ math] es el momento de la partícula. En la práctica, los físicos a menudo usan unidades naturales, un conjunto de unidades donde el tiempo y el espacio tienen unidades de longitud, la velocidad de la luz es 1 (y no tiene unidades), y la masa, el momento y la energía tienen unidades de masa. En unidades naturales, la ecuación se convierte en
[matemáticas] E ^ 2 = m ^ 2 + p ^ 2 [/ matemáticas]
y la cantidad [math] m [/ math] se conoce como la masa invariante de la partícula (no cambia cuando cambia los marcos de referencia). Físicamente, esta cantidad representa lo mismo que la masa / energía en reposo de la partícula.