La luz tiene masa

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La luz tiene masa

si la luz no tiene masa, ¿por qué le afecta la gravedad?

En relatividad especial la masa puede interpretarse como la energía de un sistema en el marco (inercial) que minimiza la energía (el «marco de reposo») o, de forma equivalente, como el valor absoluto de la raíz cuadrada de la norma del cuatro vector energía-momento total del sistema.

Sin embargo, en un sistema de, por ejemplo, dos fotones que toman trayectorias antiparalelas, existe un marco que minimiza la energía del sistema y esa energía mínima es distinta de cero, por lo que el sistema no carece de masa. Esto significa que un sistema formado enteramente por fotones puede tener una masa distinta de cero, aunque los fotones individuales sean necesariamente sin masa.

Ahora bien, ese término 0/0 es desagradable: los matemáticos lo llaman «forma indeterminada» porque en realidad no tiene ningún significado. En otras palabras, las matemáticas dicen «no tengo ni puta idea de lo que es la energía», tenemos que usar algo más para averiguarlo.

Esta matemática es también una fuerte motivación para que cualquier partícula que viaje a c deba tener masa cero – si el numerador fuera algo distinto de cero, $m_0/0$ dejaría de ser indeterminado y se convertiría en indefinido – indeterminado significa que la ecuación no es útil, pero indefinido significa que la ecuación se viola. Por lo tanto, cualquier partícula luminosa debe tener una masa en reposo nula.

¿cómo puede la luz tener momento sin masa?

En relatividad especial, la masa puede interpretarse como la energía de un sistema en el marco (inercial) que minimiza la energía (el «marco de reposo») o, equivalentemente, como el valor absoluto de la raíz cuadrada de la norma del cuatro vector energía-momento total del sistema.

Sin embargo, en un sistema de, por ejemplo, dos fotones que toman trayectorias antiparalelas, existe un marco que minimiza la energía del sistema y esa energía mínima es distinta de cero, por lo que el sistema no carece de masa. Esto significa que un sistema formado enteramente por fotones puede tener una masa distinta de cero, aunque los fotones individuales sean necesariamente sin masa.

Ahora bien, ese término 0/0 es desagradable: los matemáticos lo llaman «forma indeterminada» porque en realidad no tiene ningún significado. En otras palabras, las matemáticas dicen «no tengo ni puta idea de lo que es la energía», tenemos que usar algo más para averiguarlo.

Esta matemática es también una fuerte motivación para que cualquier partícula que viaje a c deba tener masa cero – si el numerador fuera algo distinto de cero, $m_0/0$ dejaría de ser indeterminado y se convertiría en indefinido – indeterminado significa que la ecuación no es útil, pero indefinido significa que la ecuación se viola. Por lo tanto, cualquier partícula luminosa debe tener una masa en reposo nula.

por qué los fotones no tienen masa

La luz, efectivamente, transporta energía y lo hace sin tener masa. La ecuación de Einstein a la que probablemente te refieres es E = mc2. Esta ecuación es en realidad un caso especial de la ecuación más general:

En la ecuación anterior, E es la energía total de la partícula, p es el momento de la partícula (que está relacionado con su movimiento), c es la velocidad de la luz y m es la masa de la partícula. Esta ecuación puede derivarse de las definiciones relativistas de la energía y el momento de una partícula. La ecuación anterior nos dice que la energía total de una partícula es una combinación de su energía de masa y su energía de momento (que no está necesariamente relacionada con su masa). Cuando una partícula está en reposo (p = 0), esta ecuación general se reduce a la conocida E = mc2. En cambio, para una partícula sin masa (m = 0), la ecuación general se reduce a E = pc. Como los fotones (partículas de luz) no tienen masa, deben obedecer a E = pc y, por tanto, obtienen toda su energía de su momento.

¿los fotones tienen momento?

Como todas las partículas elementales, los fotones se explican actualmente mejor por la mecánica cuántica y muestran la dualidad onda-partícula, su comportamiento presenta propiedades tanto de ondas como de partículas[2] El concepto moderno de fotón se originó durante las dos primeras décadas del siglo XX con el trabajo de Albert Einstein, que se basó en las investigaciones de Max Planck. Al tratar de explicar cómo la materia y la radiación electromagnética podían estar en equilibrio térmico entre sí, Planck propuso que la energía almacenada en un objeto material debía considerarse compuesta por un número entero de partes discretas de igual tamaño. Para explicar el efecto fotoeléctrico, Einstein introdujo la idea de que la propia luz está formada por unidades discretas de energía. En 1926, Gilbert N. Lewis popularizó el término fotón para estas unidades de energía[3][4][5] Posteriormente, muchos otros experimentos validaron el enfoque de Einstein[6][7][8].

En el Modelo Estándar de la física de partículas, los fotones y otras partículas elementales se describen como una consecuencia necesaria de las leyes físicas que tienen una cierta simetría en cada punto del espaciotiempo. Las propiedades intrínsecas de las partículas, como la carga, la masa y el espín, están determinadas por esta simetría gauge. El concepto de fotón ha propiciado avances trascendentales en la física experimental y teórica, como los láseres, la condensación de Bose-Einstein, la teoría cuántica de campos y la interpretación probabilística de la mecánica cuántica. Se ha aplicado a la fotoquímica, la microscopía de alta resolución y las mediciones de las distancias moleculares. Recientemente [¿cuándo?], los fotones se han estudiado como elementos de los ordenadores cuánticos, y para aplicaciones en imágenes ópticas y comunicación óptica, como la criptografía cuántica.