¿Puede la luz tener masa?

Grandes respuestas Una pequeña cosa que necesito agregar sin embargo. Algo que es extremadamente importante.

¿Qué es la masa?

Primero debe conocer la respuesta a esta pregunta, antes de poder digerir el concepto.

La masa es una propiedad que da inercia a un cuerpo. La inercia es la propiedad por la cual las cosas resisten la aceleración. O dicho de otra manera, más inercia, se necesitan más esfuerzos para acelerar un cuerpo.

Los fotones nunca aceleran o desaceleran. Siempre tienen una velocidad constante en el vacío. Así que ahora quiero que pienses en la pregunta. ¿La luz tiene inercia? ¿Se requieren muchos esfuerzos para acelerar un fotón? Nunca puedes acelerar un fotón. Así que hablar de masa para fotones no tiene sentido. Simplemente no tiene ningún sentido atribuir este concepto llamado inercia a un fotón.

Dicho esto, si confina un fotón dentro de una caja con paredes espejadas, agrega inercia a la caja. En otras palabras, se necesitaría un poco más de esfuerzo ahora para acelerar esta caja con un fotón atrapado dentro. Entonces, a partir de eso, la masa de la caja aumentó.

Entonces, espere, aunque los fotones no tengan masa, cuando se agregan a una caja, ¿aumenta la masa?

Técnicamente si.

¿Pero como puede ser eso?

La razón principal por la que te molesta (a mí también) es porque pensamos en la masa como una propiedad aditiva que todo tiene. Así es como se ve nuestro mundo. Pero resulta que no lo es.

La inercia no es una propiedad fundamental de la materia. Es una propiedad emergente de un conjunto.

No puedo encontrar una analogía, pero piense en el movimiento de rotación. Solo puede definir la rotación, siempre que tenga una colección de partículas. Sin embargo, una sola partícula no puede experimentar movimiento de rotación. El concepto de rotación es algo que solo se atribuye a un sistema de partículas. Aunque ninguna partícula del sistema está girando, todo el sistema sí gira.

Entonces, aunque un fotón no tiene ninguna inercia propia, cuando está atrapado, agrega inercia al objeto donde está atrapado.

Editar: en realidad escribí esta mañana temprano, así que no pude encontrar una buena analogía. Tengo una mejor analogía. Temperatura.
Incluso sin ningún curso de física, estoy seguro de que sabe que la temperatura mide qué tan caliente (no caliente) está algo. Pero, ¿qué hace que las cosas estén “calientes”? Qué es caliente’? Bueno, de nuevo no es ningún secreto hoy. Resulta que la única diferencia entre un agua caliente y agua fría es que, en agua caliente, las moléculas se mueven mucho más rápido, en comparación con las del agua fría.
De hecho, la temperatura es en realidad una medida de la energía cinética promedio de todas las moléculas de un sistema. Entonces, si elijo una sola molécula de agua de esa agua caliente. ¿Puedo medir su temperatura? ¿Podemos hablar de la temperatura de 1 molécula de agua? La respuesta obviamente es no. La temperatura es una propiedad que solo se puede asignar a una colección de moléculas. Aunque no puede definir la temperatura para cada molécula, o decirlo de otra manera, aunque cada molécula no tiene la temperatura, una colección de moléculas sí tiene una. La temperatura es una propiedad del conjunto.
Si agrega otra molécula de agua a esta agua caliente, la energía cinética promedio ahora cambia (solo un poco de tinnie winnie). Entonces, al agregar otra molécula de agua, ciertamente puede cambiar la temperatura. Puede aumentarlo o disminuirlo incluso. Pero de nuevo, esa molécula no tenía temperatura.
La misa es muy similar. Al agregar más fotones a nuestra caja reflejada, puede agregar más masa a la caja, a pesar de que los fotones no tienen masa. (Y cuando digo que no tienen masa, quiero decir que el concepto de masa para un solo fotón no tiene ningún sentido)

Muy bien, profundicemos un poco más. Entonces, si la masa es una propiedad del conjunto solamente, ¿todas las partículas fundamentales tienen menos masa? Aquí es donde las cosas se ponen complicadas. La respuesta es sí y no.
Sí, como en todas las cosas fundamentales como los electrones, los quarks tendrían menos masa según mi respuesta. Pero no, como en ellos no lo son. Entonces, ¿cómo explicas eso?

Ingrese al campo de Higgs. Pero eso está realmente más allá de mis parientes. Pero interactuar con el campo de Higgs los confina. (Lo sé, no tiene demasiado sentido. Pero tampoco sé mucho). Entonces, estas partículas fundamentales obtienen masa debido al campo de Higgs y les impide alcanzar la velocidad de la luz. Los fotones no interactúan con el campo de Higgs. Entonces siempre viajan a la velocidad de la luz.

Entonces hay otra definición de masa. Si tienes masa, nunca podrás ir a la velocidad de la luz. La masa es el lujo que te permite NO viajar con la velocidad de la luz. Entonces algo sin masa se ve obligado a viajar SIEMPRE con la velocidad de la luz. Con esta definición de masa, los fotones son, literalmente, menos partículas de masa.

La luz es una onda electromagnética: esto fue realizado por Maxwell alrededor de 1864. “Se propone un paquete de ondas tipo fotón basado en soluciones novedosas de las ecuaciones de Maxwell. Se cree que es el primer modelo ‘clásico’ que contiene muchas de las características cuánticas aceptadas ”.

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:

Los físicos no se han detenido bajo la suposición de sin masa. Se hicieron más intentos para aclarar el fotón sin masa en la física teórica y experimental. Hay buenas razones teóricas para creer que la masa de fotones debería ser exactamente cero, no hay pruebas experimentales de esta creencia.

Estos esfuerzos muestran que hay un límite superior en la masa de fotones, aunque la cantidad es muy pequeña, pero no cero. El estrecho límite superior experimental de la masa de fotones restringe los estados finales cinemáticamente permitidos de descomposición de fotones al neutrino más ligero y / o partículas más allá del Modelo Estándar.

Leer más: https://www.quora.com/What-is-light-made-up-of-particles-or-waves/answer/Hossein-Javadi-1?srid=F7rA

https://www.quora.com/If-the-speed-of-light-can-never-be-exceeded-why-did-the-universe-expand-faster-than-the-speed-of-light- microsegundos-siguiendo-el-Big-Bang / respuesta / Hossein-Javadi-1? srid = F7rA

Muchas respuestas confusas / confusas aquí.

Sí, la luz puede y tiene masa; de hecho, en ciertas estrellas, una parte importante de su masa tiene la forma de un “gas de fotones”, es decir, la luz.

Dejame explicar.

Has oído que los fotones no tienen masa, ¿verdad? Y es verdad. Los fotones no tienen masa en reposo .

Pero los fotones transportan energía. Mucha energía. (Solo párate bajo el sol al mediodía en el Sahara). Y sabemos que la energía es masa. (Sí, eso es lo que significa la famosa ecuación [matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas]. No es que pueda “convertir” energía en masa o viceversa; más bien, esa energía y masa son equivalentes ).

Así que ahora imagina una caja que está forrada con espejos perfectos en el interior. La masa de la caja es, digamos, 1 kilogramo. Ahora tome un láser de 1 vatio y (a través de una abertura muy pequeña) apúntelo a la caja y enciéndalo por un segundo. Simplemente inyectó 1 joule de energía de luz en la caja (y digamos que la apertura es realmente tan pequeña que no sale nada; además, una vez que se retira el láser, de todos modos lo sella con un espejo perfecto).

Así que ahora la caja contiene esa luz, que sigue rebotando entre sus espejos perfectos. Y [matemática] E = mc ^ 2 [/ matemática] nos dice que 1 joule corresponde a 0.000000000000000011 kilogramos. Entonces, si ahora midiera la caja usando una escala ultra precisa, notaría que su masa aumentó ligeramente: en lugar de 1 kg, ahora es 1.000000000000000011 kilogramos.

Y si abriera esta caja brevemente (supongamos que estamos en el espacio profundo, en un vacío perfecto, sin fuentes de luz cercanas) dejando escapar la luz, la masa de la caja volvería a 1 kg.

Muy bien, este experimento realmente no se puede realizar (no tenemos espejos perfectos ni escalas sorprendentes que puedan medir la masa con más de 17 dígitos de precisión) pero algo similar sucede en las estrellas. Tome nuestro sol, por ejemplo. Cada segundo, convierte aproximadamente 4.5 millones de toneladas métricas en energía pura (es decir, la masa en reposo de los productos del proceso de fusión que tiene lugar dentro es mucho menor que la masa en reposo del combustible crudo que se consume). Pero esa energía no escapa del Sol de inmediato. De hecho, debido a que el interior del Sol es bastante opaco, la radiación electromagnética es absorbida y reemitida muchas veces antes de que llegue a la superficie. La luz tarda varios millones de años en promedio desde el interior profundo hacia el exterior. Es decir que varios millones de años de radiación permanecen atrapados en el interior del Sol; es decir, varios cientos de billones de toneladas métricas de fotones están “en” el Sol en un momento dado. Por supuesto, esto sigue siendo una pequeña fracción en comparación con la masa total del Sol (un número con 27 ceros si se expresa en toneladas métricas), pero sigue siendo impresionante. Y en algunas estrellas gigantes más grandes, una proporción mucho mayor de la masa de esas estrellas puede tener la forma de un “gas de fotones” atrapado. Y esto es algo que puede, bueno, si no se mide directamente, al menos directamente inferido de las propiedades observadas de estas estrellas y de nuestra comprensión (comprensión detallada y cuantitativa) de la física de los procesos que la impulsan. De hecho, la presión de este gas fotónico (¿presión? Recuerde la caja forrada con espejos … a medida que los fotones rebotan de las paredes, empujan las paredes hacia afuera, es decir, ejercen presión sobre las paredes) desempeña un papel fundamental en la estabilidad estructural. de estas estrellas

Entonces sí, la luz puede tener masa.

No

La luz es una onda electromagnética, descrita por las ecuaciones de Maxwell y Quantum Electro Dynamics (QED). Esta teoría describe la luz como una onda sin masa (o, alternativamente, los fotones como partículas sin masa).

Se han realizado pruebas y se ha determinado que la masa de fotones es menor que [matemática] 1 \ veces 10 ^ {- 18} e V / c ^ 2 [/ matemática] (Es imposible hacer un experimento que pruebe la masa de el fotón es exactamente cero, solo podemos medir lo más exacto posible y encontrar un superior encontrado). En comparación, un electrón tiene un peso de [matemáticas] .5 \ por 10 ^ {6} eV / c ^ 2 [/ matemáticas]. ¡Eso ya tiene 24 órdenes de magnitud diferentes! Eso indica que incluso si describieras un fotón como una partícula con masa, esa masa sería tan increíblemente pequeña en comparación con cualquier otra cosa, que bien podrías ignorarla.

Hay algunas situaciones en las que puedes describir a los fotones como teniendo una masa. Por ejemplo, cuando la luz entra en un medio, parecerá que se ralentiza, porque la luz interactuará con las partículas dentro del medio, y eso tomará un poco de tiempo. Puede describir esto como luz que tiene una masa medianamente dependiente. Eso puede ser útil en ciertos cálculos, pero generalmente es mejor mantener la descripción del fotón sin masa.

La razón por la que hay tantas respuestas diferentes aquí es porque varias personas están usando diferentes definiciones de masa y, por supuesto, hay una tendencia a doblar las definiciones para que se ajusten a la teoría. Por lo tanto, con la relatividad hay que diferenciar entre masa y masa en reposo porque, según una forma de ver la relatividad, la masa aumenta con la velocidad. Aquí estamos considerando la masa como una resistencia a la aceleración, por ejemplo, m = F / a . Esa es una ecuación perfectamente aceptable, pero su significado es un poco diferente de lo que otros ven. Conocimos la relatividad, a medida que aumenta la velocidad, la resistencia al aumento de la velocidad aumenta a medida que la velocidad se aproxima a c . Usando ese tipo de ecuación, la luz no puede tener masa, porque de lo contrario el fotón tendría una masa infinita. Sin embargo, es conveniente separarlo en masa en reposo y masa relativista. El fotón ahora tiene cero masa en reposo. Sin embargo, eso no tiene sentido porque el fotón no puede estar en reposo.

Sin embargo, el fotón tiene un impulso finito; la vela ligera ejemplifica esto. Ahora uno puede enterrar la cabeza en la arena y llamarlo p y dejarlo así. O podemos decir que m = E / c ^ 2 . Como el fotón tiene energía, tiene masa. Además, el camino del fotón está doblado por un campo gravitacional, si ese campo es lo suficientemente fuerte. Eso sugiere que hay masa porque la gravedad solo actúa sobre la masa. Todo lo cual nos lleva de vuelta al problema subyacente: ¿qué es exactamente la masa?

Entonces, básicamente la respuesta depende de usted. Realmente depende de cómo defina la masa y de lo que piense que es. Usted sabe que la luz produce efectos que nuestras ecuaciones requieren un término de masa para que la ecuación se mantenga, pero, por supuesto, ni siquiera sabemos con certeza si las ecuaciones son completamente correctas, es decir, se aplican en todas las situaciones y los efectos solo se muestran a través de Estas ecuaciones.

Sí puede, pero esta es un área llena de confusión y paradojas aparentes debido a las terminologías restrictivas en uso. La luz es una forma de energía, y tiene una naturaleza de ‘onda-partícula’. La luz siempre está en movimiento y, por definición, no tiene masa en reposo y se extiende como una onda. Todavía exhibe la naturaleza de las partículas como cuantos de energía que llamamos fotones. Los fotones exhiben tanto la naturaleza ‘como partículas’ como la naturaleza ‘ondulada’, lo que ha confundido a generaciones de estudiantes de ciencias y ha seguido haciéndolo, porque solo pensar desde el sentido común parece paradójico: ¿Cómo puede una onda comportarse como una partícula? al mismo tiempo ?? ¿O incluso de forma variable? Pero esos son los hallazgos científicos. Más que nadie, fue Albert Einstein quien demostró que el comportamiento de las partículas de la luz es parte de la realidad con su famoso papel de efecto fotoeléctrico. En ese escenario, los fotones de frecuencias más altas por encima de un umbral pueden eliminar electrones de una superficie metálica y producir una corriente, al igual que las partículas (fotones aquí) que chocan con otras partículas (electrones aquí). Aunque tratamos de visualizarlo de esa manera para tener más sentido físico, no es como una masa física que está golpeando el electrón, como una bola golpeando una bola. Es más el comportamiento ‘parecido a una partícula’ del ‘cuántico de energía’ que es el fotón; al igual que una “bola de energía” de tamaño infinitesimal que golpea el electrón aquí e imparte su energía al electrón para noquearlo … Profundamente hablando, esa pequeña “bola de energía” también es equivalente a una pequeña cantidad de masa, tal como la define claramente Einstein ecuación famosa, pero en lugar de estar en la forma de masa física, es en la forma de “energía cuantificada” (“un paquete de energía”) que transporta algunas de las características de la masa. Entonces, en ese sentido, tiene equivalencia de masa, lo que también le da ‘propiedad similar a la masa’. Curiosamente, la longitud de onda más corta de la luz o la onda electromagnética (o mayor la frecuencia), se comportará más como una ‘partícula’ pero será menos ondulada, y más larga será la longitud de onda o disminuirá la frecuencia, menos como la partícula y más onda. … Pesar un solo fotón es imposible, ya que siempre está en movimiento, e infinitamente pequeño, pero los cálculos brutos de la masa de una estrella con el conocimiento de “fotones atrapados” arrojan valores que son mayores y coinciden con los efectos gravitacionales de una estrella en un ¡cuerpo cercano como un planeta en la medida en que debería con la estimación del peso colectivo de los “fotones atrapados”! Eso también muestra que la luz o los fotones pueden medirse en última instancia para tener equivalencia de masa o equivalencia de peso, este último afectado por campos gravitacionales intensos, como estrellas cercanas, agujeros negros y otros cuerpos masivos, donde los fotones tendrán más “peso” debido a la mayor influencia del campo gravitacional. Kaiser T, MD.

Seré breve dada la gran controversia de las respuestas aquí. La cuestión es cómo definir la masa de un sistema de partículas , incluso si las partículas individuales no tienen masa. No hay mejor texto que describa esto más claramente que el de Spacetime Physics de Taylor y Wheeler. Allí encontrará que, genéricamente, la masa es simplemente la longitud del vector de energía-momento cuatro. Tome la longitud del vector de energía-momento cuatro de cualquier fotón individual y es cero. No importa cuánta energía tenga. Pero examine una colección de fotones, y el vector cuatro del sistema seguramente será distinto de cero, dando al sistema una masa. Entonces, ¿dónde está esta masa? ¿Está en las partículas? ¿Está en la energía que tienen? ¡Ninguno! ¡Y ambos! Simplemente no se puede separar del sistema como un todo. Este concepto subyace en cómo se pueden crear partículas por dos fotones en colisión (un sistema con masa), pero no se puede partir de un solo fotón (un sistema sin masa), sin importar cuán enérgico sea el fotón.

El escritor Aaron Dunbrack dice que un fotón no puede tener masa mientras que el escritor Viktor T. Toth dice que la luz puede tener masa.

Digo hagamos esto matemáticamente explícito y muestremos exactamente cómo las excelentes respuestas de ambos escritores son a la vez consistentes y correctas.

El cálculo
Comencemos con la expresión en shell del impulso de 4 de una partícula que se mueve a lo largo de la dirección z:

[matemáticas] p ^ \ mu = \ begin {pmatrix} E / c \\ 0 \\ 0 \\ p_z \ end {pmatrix} [/ math]

Calculamos la magnitud del vector 4, técnicamente llamado su pseudo-norma, y ​​con un poco de aritmética se muestra fácilmente que

[matemáticas] p ^ \ mu p_ \ mu = – \ left (\ dfrac {E} {c} \ right) ^ 2 + \ left | \ vec {p} \ right | ^ 2 = -m ^ 2 c ^ 2 [/matemáticas]

Para un fotón tenemos [matemática] E = pc [/ matemática] y con eso [matemática] p ^ \ mu p_ \ mu = -mc ^ 2 = 0 [/ matemática] y, por lo tanto, el fotón no tiene masa , como se describe en el Respuesta de Aaron Dunbrack.

La respuesta escrita por Viktor T. Toth alude a un gas de fotones o una multiplicidad de fotones, así que examinemos la masa de una colección de fotones. Comencemos con 2 fotones llamados ayb, el primero es nuestro fotón original que se mueve a lo largo del eje z y el otro fotón que tendremos a lo largo del eje y:

[matemáticas] p_a ^ \ mu = \ begin {pmatrix} E / c \\ 0 \\ 0 \\ p_z \ end {pmatrix} \; \; \; p_b ^ \ mu = \ begin {pmatrix} E / c \ \ 0 \\ p_y \\ 0 \ end {pmatrix} [/ math]

Cuando calculamos la norma psuedo = de dos 4-vectores obtenemos

[matemáticas] \ left | p_a ^ \ mu + p_b ^ \ mu \ right | ^ 2 = \ left (p ^ \ mu p_ \ mu \ right) _a + 2 \, p_a ^ \ mu \ left (p_ \ mu \ derecha) _b + \ izquierda (p ^ \ mu p_ \ mu \ derecha) _b [/ matemáticas]

Como [math] p ^ \ mu p_ \ mu = 0 [/ math] [q, e, d,] nos queda la ecuación anterior es

[matemáticas] \ left | p_a ^ \ mu + p_b ^ \ mu \ right | ^ 2 = 2 \, p_a ^ \ mu \ left (p_ \ mu \ right) _b [/ math].

Sustituyendo los valores por los fotones a y b obtenemos [matemática] 2 \, p ^ 2 = m ^ 2c ^ 2 [/ matemática] y resolviendo la masa que tenemos

[matemática] m = \ sqrt {2} \, \ dfrac {p} {c} \ neq 0 [/ matemática]

entonces, si 2 fotones pueden tener masa, entonces se deduce que una colección de fotones puede tener masa o, en otras palabras … la luz puede tener masa incluso si es una colección de fotones sin masa.

EDITAR : La respuesta de Viktor T. Toth es más sutil de lo que describí anteriormente, por lo que agregaré una sección aquí para elaborar el argumento exacto presentado en la respuesta de Viktor que es:

Un solo fotón puede ser una fuente de inercia o masa

El contexto en este caso es la relatividad general y el campo gravitacional proviene de todas las formas de densidad de energía (momento, tensión, presión) y se describe mediante las ecuaciones de campo de Einstein:

[matemáticas] R _ {\ mu \ nu} – \ frac {1} {2} g _ {\ mu \ nu} R = 8 \ pi G T _ {\ mu \ nu} [/ matemáticas]

Una fuente de la energía del estrés y, por lo tanto, la curvatura es el campo electromagnético que tiene el tensor de la energía del estrés.

[matemáticas] T ^ {\ mu \ nu} = \ dfrac {1} {4 \ pi} \ left [F ^ {\ mu \ alpha} F ^ {\ mu} _ {\ alpha} – \ dfrac {1} {4} g ^ {\ mu \ nu} F _ {\ alpha \ beta} F ^ {\ alpha \ beta} \ right] [/ math]

lo que significa que los campos electromagnéticos originan el campo gravitacional.

Ahora imagine una bola reflejada y dentro tenemos luz o incluso un solo fotón dentro de la bola reflejada. Lo que se puede mostrar (es muy largo) es que la luz como un gas de fotones, o incluso según lo declarado por Viktor, es que un solo fotón contribuye a la masa de la esfera.

Notará respuestas confusas y contradictorias dadas por aparentes expertos. Esto suele indicar que los términos no se han definido correctamente.

Desde un punto de vista, la energía y la masa son equivalentes y, por lo tanto, si algo tiene energía, tiene masa. OKAY. Pero la pregunta es si esta concepción de la masa es útil.

Como una persona que se ocupa diariamente de la descripción matemática de partículas relativistas, puedo afirmar inequívocamente que esta definición de masa no es útil. En mi campo, la única definición útil de masa es “masa en reposo”. Y la luz no tiene ninguno. Reducir la masa para que sea equivalente a la energía tiene un valor pedagógico inicial para una persona que hace una transición de la mecánica newtoniana, pero finalmente es una calle sin salida.

¿Por qué? Porque las ecuaciones de movimiento de las partículas, incluidos los fotones, se derivan de [math] E = \ sqrt {(mc ^ 2) ^ 2 + (pc) ^ 2} [/ math]. Donde [math] m [/ math] es masa en reposo, [math] p [/ math] es momentum; para luz, [matemática] m = 0 [/ matemática]. Para partículas cargadas, debemos incluir los campos así: [matemática] H = q \ Phi + \ sqrt {(mc ^ 2) ^ 2 + | \ vec {P} -q \ vec {A} | ^ 2} [/ matemática ] ¿Por qué escribo [matemáticas] H [/ matemáticas] en lugar de [matemáticas] E [/ matemáticas]? Porque la energía escrita en función de las posiciones (en los campos) y los momentos es el hamiltoniano y proporciona toda la dinámica de sus derivadas parciales con respecto a esas coordenadas.

En este formalismo, ¿a dónde te lleva la equivalencia masa-energía? En ninguna parte.

La respuesta corta es “no”, pero es un “no” calificado porque hay formas extrañas de interpretar la pregunta que podrían justificar la respuesta “sí”.

La luz está compuesta de fotones, por lo que podríamos preguntar si el fotón tiene masa. La respuesta es definitivamente “no”: el fotón es una partícula sin masa. Según la teoría, tiene energía e impulso, pero no tiene masa, y esto se confirma mediante experimentos dentro de límites estrictos. Incluso antes de que se supiera que la luz está compuesta de fotones, se sabía que la luz lleva impulso y ejercerá presión sobre una superficie. Esto no es evidencia de que tenga masa ya que el impulso puede existir sin masa.

A veces a la gente le gusta decir que el fotón tiene masa porque un fotón tiene energía E = hf donde h es la constante de Planck yf es la frecuencia del fotón. Dicen que la energía es equivalente a la masa según la famosa fórmula de Einstein E = mc ^ 2 También dicen que un fotón tiene impulso, y el momento p está relacionado con la masa m por p = mv . De lo que están hablando es de “masa relativista”, un viejo concepto que puede causar confusión. La masa relativista es una medida de la energía E de una partícula, que cambia con la velocidad. Por convención, la masa relativista no suele llamarse masa de una partícula en la física contemporánea, por lo que, al menos semánticamente, es un error decir que el fotón tiene masa de esta manera. Pero puedes decir que el fotón tiene masa relativista si realmente quieres. En la terminología moderna, la masa de un objeto es su masa invariante, que es cero para un fotón.

Sí.

La luz tiene energía y la energía tiene masa. La densidad de energía es la intensidad del flujo de energía dividida por la velocidad de la luz. La densidad de masa es la densidad de energía dividida por [matemática] c ^ 2 [/ matemática].

No conozco una forma directa de pesar la luz, pero cuando se emite luz, hay una fuerza de retroceso en la fuente de luz que corresponde al impulso llevado por la luz. Este retroceso se ha propuesto como un medio para propulsar naves espaciales, porque no requiere que se transporte y deseche la materia propulsora.

Una linterna cuando está encendida pierde masa a la velocidad de su emisión de potencia dividida por [matemática] c ^ 2 [/ matemática]. En la práctica, esta tasa de pérdida es inconmensurable porque incluso los efectos minúsculos como la evaporación de sus materiales son mucho mayores.

La luz no tiene masa en reposo. Su masa es estrictamente proporcional a la energía que lleva.

Los fotones son realmente pequeños paquetes increíbles: en esencia, son el principio creativo de nuestro universo, estamos tan acostumbrados a pensar prosaicamente sobre ‘partículas’ y E = MC2 que tendemos a pasar por alto el papel del ‘fotón’ en la historia de nuestro universo.

Arthur Young, quizás el pensador más brillante de finales del siglo XX tenía algunas cosas fantásticas que decir sobre los fotones.
Arthur aquí, esto se divide en dos partes, y le recomendamos encarecidamente que vea ambas:

La gente de física con educación convencional no parece entender a Arthur, pero veamos las credenciales del hombre:

1. Se graduó de la Universidad de Princeton en 1927.
2. Abordó el problema de desarrollar el helicóptero en una máquina de vuelo útil, él es el hombre que lo descifró, nadie más podía hacerlo, Bell compró su investigación y fue la primera compañía en lanzar un helicóptero comercialmente útil en 1946, solo como un resultado de la brillante investigación de Arthur Young.

Esto no es un peso ligero, Arthur Young nos ofreció algunas ideas y desarrollos sobre la teoría de la evolución, una teoría unificada que describe en The Reflexive Universe.

Si quieres investigar algún trabajo realmente original y espectacular sobre física y la naturaleza de nuestro universo, echa un vistazo a Arthur Young, fue ignorado y tratado con vergüenza por el establecimiento de su tiempo. Murió en 1991 a los 89 años.

Un fotón individual en caparazón no puede tener masa.

Un fotón virtual fuera de la carcasa puede tener una masa.

Un sistema de fotones (por ejemplo, un montón de fotones en una caja [sin masa]) también puede tener una masa.

Pero de nuevo: para un solo fotón real, la respuesta es simplemente “no” (o, quizás más precisamente: “no con nuestras teorías actuales de física compatibles con todas las restricciones experimentales”; los fotones masivos son posibles con una interacción similar a Higgs, Creo, pero no hay evidencia de ello.)

Toda esta discusión es un juego de semántica, y todos están de acuerdo en que los fotones no tienen masa en reposo. Además, todos están de acuerdo en que cuando el contenido de energía de un objeto aumenta o disminuye en una cantidad [matemática] \ Delta E [/ matemática], la masa en reposo aumenta o disminuye, correspondientemente, en [matemática] \ Delta m = \ frac {\ Delta E } {c ^ {2}}. [/ matemáticas]

No importa cuál sea la naturaleza del aumento o disminución de la energía, ya sea la radiación electromagnética o un aumento o disminución en la energía cinética promedio de las partículas materiales cuando cambia la temperatura de un cuerpo, o algo más. ¿Un pulso de luz que viaja a través del vacío del espacio interestelar tiene masa? No en el sentido habitual de un objeto material, cuya masa se puede determinar por su respuesta a una fuerza externa neta, pero si se quiere asignar una masa al pulso de luz, definiendo esa masa como la energía contenida en el pulso dividida por [matemáticas] c ^ {2} [/ matemáticas], entonces no veo ningún daño en eso. Después de todo, cuando el pulso de luz es absorbido por un objeto o de otra manera confinado dentro de un objeto, la masa en reposo del objeto aumenta en esa cantidad.

Si aplicamos la siguiente relación de teoría especial de la relatividad, encontramos que la luz no tiene masa en reposo, pero los fotones tienen masa cinética.

E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2 + (moc ^ 2) ^ 2.

Para la luz, esta ecuación solo puede satisfacerse si mo = 0. Entonces,

E = pc. ………. (1)

Tomando m como masa cinética de fotón, E = mc ^ 2. Por lo tanto ,

mc = p (usando (1)) o

m = p / c = h / (lambda) c. Pero,

(lambda) = c / f. Por lo tanto ,

m = hf / c ^ 2.

No, la luz no puede tener masa. Los fotones son, por definición, partículas sin masa, que es la única razón por la que pueden viajar a la velocidad de la luz. Cualquier partícula con masa, sin importar cuán pequeña sea, requeriría una cantidad infinita de energía para acelerar a la velocidad de la luz, o poseería energía infinita si de alguna manera apareciera ya moviéndose a la velocidad de la luz. (poseer energía infinita también significaría que poseería una masa infinita y, como resultado, una partícula con masa que viaja a la velocidad de la luz generaría suficiente gravedad para colapsar todo el universo. Por lo tanto, hay un lado positivo para no poder viajar en el velocidad de la luz.)

Los fotones pueden ser estacionarios (el equivalente de partículas de una onda estacionaria), como parte de lo que se llama un “campo cercano” alrededor de un objeto que emite radiación electromagnética (como una antena de radio), o pueden viajar a la velocidad de la luz, Pero eso es todo. Pueden ser redirigidos por la gravedad de un objeto pesado, pero no son redirigidos porque están interactuando con el campo gravitacional de la forma en que lo hacen las partículas con masa, sino que son redirigidos porque el espacio en sí mismo es curvo: los fotones siempre viajan en línea recta. , pero la gravedad modifica la definición matemática de “una línea recta”. (otras propiedades matemáticas, como el número de grados en un círculo, también se ven alteradas por la gravedad, pero ese es un tema diferente).

Como nota al margen interesante, si una partícula con masa viaja extremadamente rápido cuando cruza a una región donde la velocidad de la luz es menor que la velocidad actual de la partícula, la energía extra se purga en forma de fotones. Esta es la razón por la cual los residuos radiactivos brillan cuando se almacenan en piscinas de agua en instalaciones nucleares; la radiación nuclear extremadamente rápida emitida por los desechos radiactivos ingresa al agua, donde la velocidad de la luz es más baja de lo que sería en el vacío, y la radiación nuclear se ve obligada a reducir su velocidad y el exceso de energía se purga como fotones. Se llama “Radiación Cherenkov”.

Cuando Viktor Toth responde, ¡lo leo! Y cuando da una respuesta que solo aumenta la confusión, estoy obligado a aclarar la confusión. Es curioso que en la primera oración de Toth de esta respuesta se afirma que hay mucha confusión y luego desaparece y lo empeora.

La Teoría de todo de Gordon es muy específica sobre esta cuestión y aclarará esta confusión. Primero debemos darnos cuenta de que la energía existe en tres niveles de energía. El nivel más alto de energía existe como masa donde esta energía es proporcional a c ^ 2. se expresa en la famosa ecuación de Einstein E = mc ^ 2.

El siguiente nivel de energía más bajo es la energía de la luz / fotones donde esta energía es proporcional a c ^ 1 en esta conocida ecuación E = h v. Tenga en cuenta que v = c / longitud de onda para que la energía de la luz pueda escribirse como E = (h / longitud de onda) c ^ 1.

El estado de energía base y donde todavía reside la mayor parte de la energía de nuestro universo es la energía del espacio-tiempo donde esta energía es proporcional a c ^ 0. La ecuación de DIOS expresa la jerarquía de energía donde G solo puede ser 0, 1 y 2.

Una introducción a estos estados de energía se puede encontrar aquí … “¿Por qué el LHC no puede encontrar nuevas matemáticas?”

Ahora para responder a su pregunta y aclarar la confusión … Para que una partícula contenga masa, su energía debe estar en forma de energía E2 (por definición). Si tiene una caja con luz que rebota en ella, la caja no tendrá más masa porque la energía E1 permanece como energía E1.

Sin embargo, sabemos que la energía E1 puede ser capturada por partículas compuestas de energía E2. Cuando eso sucede, la energía E1 se convierte en parte de la estructura de energía E2 de la partícula y la partícula ha adquirido más masa. Cuando Toth habla del sol, la luz del sol pasa de la estructura de energía E2 a la estructura de energía E2 hasta que finalmente se libera como un fotón … Pero en la caja con espejos, ese NO es el caso.

También debemos darnos cuenta de que la energía E1 capturada por la estructura de la energía E2 todavía permanece como energía E1. Los estados de energía de Gordon significan que cada estado de energía permanece independiente de otros estados de energía de Gordon. Es muy difícil para la energía saltar a otros estados energéticos de Gordon. Después del Big Bang, la transición hacia y desde la energía E0 y E1 ya no es posible. Por eso tenemos la ley de conservación de la energía.

La energía E1 puede saltar a energía E2 en un proceso llamado producción en pares y la energía E2 puede saltar a energía E1 durante el proceso de anililación. Sin embargo, la captura de energía E1 por energía E2 no es una conversión de energía E1 a energía E2. Estos estados de energía aún permanecen independientes entre sí dentro de la estructura de energía de las partículas E2.

He mostrado cómo y por qué en este artículo … ¿Dimensiones ocultas? … No tan ocultas después de todo

Tal vez Viktor Toth y otros verán algunas de estas respuestas proporcionadas por la Teoría de todo de Gordon y se darán cuenta de que la respuesta proporcionada por el Modelo Gordon no es contraria a lo que ya se sabe, pero agrega una visión y detalles significativos a nuestro modelo actual al incluir el componente que falta … la energía E0 del espacio-tiempo y el papel que juega en la base de la física. La energía E0 es la base de la física porque antes del Big Bang, toda la energía en el universo estaba en el estado de energía E0.

Uno puede pensar en una respuesta mecánica simple a; cómo puede la luz ser masiva y no masiva al mismo tiempo, y así es;

Suponga que el mundo está compuesto de pequeñas partículas cargadas (los corpúsculos de Newton, por ejemplo), que obedecen a la conservación del momento y se mueven todo el tiempo en el espacio vacío a una velocidad constante c, que es la ‘única’ velocidad. Estos pueden llamarse el flujo de energía. No podemos medir la masa de estas partículas, ya que se mueven a la velocidad máxima c. Pero si los atrapamos en una caja reflectante como un ejemplo, pueden revelar su masa. Al igual que los bosones, también pueden moverse / reunirse en cualquier densidad que nos guste.

Como segundo ejemplo, las partículas pueden atraparse entre sí y tener una velocidad cero para el centro de rotación. Esto es lo que ahora podemos llamar una partícula masiva. Las partículas masivas por construcción se comportarían como fermiones, en el sentido de que no hay dos partículas que puedan ocupar la misma posición en el espacio. Además, si una partícula masiva se encuentra con su antipartícula (una que gira en la dirección opuesta a medida que se mueven / quiralidad opuesta), se aniquilan entre sí y se convierten en energía. Una partícula masiva hecha de solo dos unidades tiene carga neutra, y una partícula de tres tiene carga positiva o negativa, dependiendo de la carga del exceso de partículas. Las partículas masivas (también por construcción) tendrían un giro y un momento magnético para ir con la masa y la carga.

Una partícula masiva puede ganar velocidad / impulso al absorber más flujo de energía, es decir, partículas que se mueven en c, o perder impulso al desprenderse de ellas. Claramente, una velocidad de partículas masiva aumentará a medida que absorba más energía, pero su velocidad máxima nunca puede alcanzar c, mientras que su masa puede continuar aumentando hasta el infinito asintóticamente, como puede demostrarse mediante simples cálculos de momento.

En consecuencia, la luz tiene una masa, pero su masa no se puede medir ya que el instrumento tiene que moverse en c para hacerlo. Sin embargo, la luz puede mostrar las características de una masa si está atrapada dentro de los espejos, o en formatos de circulación como en el caso de partículas masivas. Esta construcción tiene la ventaja de no necesitar un medio para llenar el espacio vacío para que las partículas se muevan, como en el caso de un movimiento ondulatorio. También explica el retraso entre la acción de la radiación y la reacción a ella por parte de objetos distantes después de un tiempo que puede extenderse a miles de millones de años en algunos ejemplos astronómicos, debido a la velocidad finita de las partículas. También he mostrado en otras respuestas que muchas de las otras leyes de la física pueden derivarse de este constructo.

Más o menos, más o menos, ¡pero a veces sí!

Los fotones transmiten energía de acuerdo con la fórmula bien conocida: E = hf (donde ‘h’ es la constante de Planck y ‘f’ es la frecuencia de la luz). Ahora, la fórmula mágica de Big Al, E = m * c ^ 2 , dice nosotros que podemos resolver la masa de un fotón con un poco de álgebra simple, por lo tanto, m = hf / c ^ 2. ¿Pero qué significa tal ecuación? Ciertamente, la luz no puede tener una masa en reposo porque la luz siempre debe viajar a la velocidad de la luz, de lo contrario no es luz. Tipo de oxímoron, excepto, excepto para valores especiales de energía fotónica. Verás, la luz es su propia antipartícula. Entonces, un fotón puede fusionarse con otro fotón y, y … nada … la mayoría de las veces, dos fotones simplemente divergen en el vacío infinito. Sin embargo, si la energía del fotón es igual a, digamos, la masa de un electrón, entonces puede suceder algo realmente mágico. Dos de estos fotones pueden fusionarse para producir un electrón y su antipartícula, el positrón. Un proceso llamado, producción en pareja . Entonces, en ese caso especial, se puede decir que el fotón tiene una equivalencia de masa de un electrón.

Además, cuando la luz viaja en un medio superconductor, los fotones se comportan como si hubieran adquirido masa debido a que los campos eléctricos en el superconductor interactúan con el campo eléctrico de los fotones.