La respuesta corta es: un fotón tiene una masa dada por m = E / c ^ 2, por lo que el fotón se comporta igual que otras partículas masivas en un agujero negro.
La física de finales del siglo XIX se enfrentó a una crisis en la velocidad de la luz y la energía. La característica cuántica de la radiación fue propuesta por Max Planck y durante el siglo pasado su teoría fue desarrollada y llegó a la mecánica cuántica y los modelos de partículas elementales. Einstein propuso la velocidad de la luz mediante una teoría especial de la relatividad. En esta teoría, la velocidad de la luz en el marco de referencia inercial es constante “c”, y también es la tasa límite de velocidad. Por otro lado, la luz visible es una radiación que es la pequeña parte del espectro electromagnético. Además, la segunda ley de Newton se corrigió teniendo en cuenta la velocidad límite c y la masa relativista. La masa relativista y la segunda ley relativista de Newton muestran las variaciones de masa (es decir, la velocidad infinita en la mecánica clásica se reemplaza por la masa infinita). Entonces el concepto de partícula sin masa entró en la física moderna. Entonces, por supuesto, el fotón es una partícula sin masa.
En relatividad especial, la velocidad de la luz es el límite superior para las velocidades de los objetos con masa de reposo positiva, y los fotones individuales no pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz. “Einstein llamó una vez a la velocidad de la luz El límite de velocidad del Universo, afirmó que viajar más rápido que la velocidad de la luz violaría el principio de causalidad”.
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Momento y energía del fotón.
En 1906, Einstein asumió que los cuantos de luz (que luego se denominaron fotón) 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:
Según la teoría general de la relatividad, la luz que se mueve a través de fuertes campos gravitacionales experimenta un cambio de rojo o azul. Durante la caída del fotón en el campo gravitacional, su energía (masa) aumenta. Según W = dmc ^ 2, la fuerza de gravedad realiza un trabajo sobre el fotón, por lo que la masa (energía) del fotón y su frecuencia aumenta (o disminuye) de v a v ‘la dada por;
G es la constante gravitacional; M es la masa del cuerpo, c es la velocidad de la luz, r es la distancia desde el centro de masa del cuerpo. El signo más se refiere al desplazamiento al azul y el signo menos se refiere al desplazamiento al rojo.
También en presencia de gravedad, la velocidad de la luz no es la misma para todos los observadores. La derivación de Einstein de la velocidad variable de la luz en un potencial de campo gravitacional de la siguiente manera:
Donde c es la velocidad de la luz en el vacío y c ‘es la velocidad de la luz en el campo gravitacional. Cabe señalar que no hay consenso sobre la velocidad de la luz en un campo gravitacional. Por ejemplo; entonces, en presencia de gravedad, la velocidad de la luz se vuelve relativa (variable según el marco de referencia del observador). Esto no significa que los fotones aceleren o desaceleren; esto es solo la gravedad, lo que hace que los relojes funcionen más lentamente y que las reglas se reduzcan. El problema aquí proviene del hecho de que la velocidad es una cantidad dependiente de coordenadas y, por lo tanto, es algo ambigua. Para determinar la velocidad (distancia recorrida / tiempo tomado) primero debe elegir algunos estándares de distancia y tiempo, y diferentes opciones pueden dar diferentes respuestas. Esto ya es cierto en la relatividad especial: si mide la velocidad de la luz en un marco de referencia acelerado, la respuesta, en general, diferirá de c. Basado en la solución de Schwarzschild de la ecuación de Einstein del campo gravitacional, se demuestra que la velocidad de la luz cambiaría y la isotropía de la velocidad de la luz sería violada en el campo gravitacional con simetría esférica.
La descripción anterior es compatible con el concepto puntual de la mecánica cuántica, pero es incompatible con nuevos enfoques y evidencias. 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. De acuerdo con 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.
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
en todos los marcos de referencia inerciales; tienen masa en reposo y podrían llamarse partículas.
Según la definición anterior, el fotón y el gravitón son partículas NR, mientras que el electrón y el protón son partículas.
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