¿Una caja que contiene fotones tiene más inercia que una caja vacía?

Question

Una caja que contiene fotones gravita con más fuerza que una caja vacía, y por tanto el principio de equivalencia dicta que una caja que contiene fotones tiene más inercia que una caja vacía. La conclusión ineludible parece ser que podemos atribuir la propiedad de la inercia a la luz. ¿Es ésta una deducción correcta?

Answer 1

De hecho, esto es muy común. Por ejemplo, la masa de un protón es mucho mayor que la suma de las masas de los quarks que lo componen. Gran parte de la masa extra proviene de los gluones que unen a los quarks; cada gluón no tiene masa, pero colectivamente contribuyen a la inercia.

La cuestión es que la masa de un sistema no es la misma que la suma de las masas de sus constituyentes. Por supuesto, esto no es más que una reformulación de $E = mc^2$ . Si tienes fotones rebotando en una caja, su energía contribuye a la masa total.

Answer 2

Sí, masa y energía son equivalentes. Un relativista más competente podría darte la descripción completa, pero en primer orden puedes decir que la masa de un objeto es simplemente la energía total en su volumen dividida por c^2. Esa masa es equivalente a la masa inercial por el principio de equivalencia débil, que es una piedra angular de la RG.

Es decir, la respuesta es sí por la principio de equivalencia débil .

Answer 3

Sí, tanto la energía potencial interna como la energía cinética interna de un sistema ligado (en el marco de reposo de su centro de masa) contribuyen a la masa inercial del sistema ligado según $E=mc^2$ . Para ver un artículo en el que se discute la evidencia de que esto es cierto para la energía cinética interna en particular, véase La energía cinética y el principio de equivalencia .

Answer 4

En teoría, la respuesta es sí.

Sin embargo, si se analiza la situación desde un punto de vista práctico, la respuesta es no.

Los fotones no pueden estar contenidos dentro de la caja a menos que sean 1. Creados dentro de la propia caja, o 2. Se atrapen de antemano y se introduzcan en la caja.

En 1., no se suman a la inercia porque, se crean utilizando la energía de la caja de alguna forma.

En 2. se sumarán a la inercia, pero el problema será al medir la inercia. Porque, se moverán a c tanto si la caja se mueve, como si está en reposo. Por lo tanto, cuando intentas medir la inercia de la caja, ya sea moviéndola o parándola, la velocidad de los fotones no cambia y, por lo tanto, no deberían contar para la medición de la inercia. Supongo que la inercia de los fotones sólo se percibe cuando son absorbidos por la caja.