He estado leyendo Hawking 'Una Breve Historia del Tiempo', y eso me ha llevado a pensar acerca de la teoría de Einstein de la relatividad, en la que se supone que un objeto debe tener masa infinita si es para estar viajando a la velocidad de la luz (por favor, corrija si estoy equivocado en mi principiantes conocimiento de la física).
Pero, ¿ las ondas de luz tienen cualquier tipo de masa medible? O en ese mismo sentido, ¿ las ondas de sonido? Es de alguna manera posible?
Las partículas de ondas de luz - los fotones - que el resto de la masa $m_0$ igual a cero. Sin embargo, a la velocidad de la luz, $v=c$, la masa total $$ m= \frac{m_0}{\sqrt{1-v^2/c^2}} $$ se incrementa a una forma indeterminada, $0/0$, que debe ser evaluado como un número finito. Los fotones - y todo lo demás - llevar a la masa total que es proporcional a la energía total a través de la famosa $E=mc^2$ relación.
Sí, esta masa se puede medir. Por ejemplo, el uranio de las centrales nucleares grabar el uranio y reducir su masa en un 0,1 por ciento, debido a los productos de desecho (los núcleos) son en realidad un poco más clara. Esta energía puede ser transformado por completo a la radiación procedente de bombillas de luz - y a la luz de estas bombillas llevar a 0.1 por ciento de la masa de uranio de distancia. Esta masa es una fuente de campo gravitatorio y añade inercia a cuadros con esta luz, etc.
El sonido es diferente. La velocidad del sonido es mucho menor que la velocidad de la luz.
Mientras que "fonones" en baja temperatura física de la materia condensada - partículas de sonido son análogas a la de los fotones, en muchos aspectos, y $E=mc^2$ todavía se aplica, el mismo no es cierto para las ondas sonoras en el aire, etc. Debido a que la temperatura del aire es distinto de cero, el "estado" - el más bajo-estado de energía en condiciones fijas, con el mínimo número de "sonido quanta" o "fonones" - no es realmente único. En cambio, hay muchos estados del aire "sin sonido", que corresponden a la caótica configuraciones de las moléculas de aire. Así que uno no siempre se puede dividir la energía del aire a la energía del estado del suelo y la energía de los fonones.
Pero, por supuesto, si la producción de algunos sonidos fuertes, van a llevar un montón de energía en el aire y la masa de aire aumentará inevitablemente por $m=E/c^2$ cual es, bueno, no demasiado alto debido a $c^2$ es un número grande.
un objeto debe tener masa infinita si es para estar viajando a la velocidad de la luz
No, eso no es cierto en absoluto. Un objeto de masa es una propiedad fija que no cambia, independientemente de la velocidad a la que viaja. Pero su energía no cambia. La energía aumenta con el aumento de la velocidad, de acuerdo a la fórmula
$$E = \frac{mc^2}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}$$
Aquí $m$ es la masa, una propiedad inherente del objeto, y $E$ es la energía. Lo que usted está pensando probablemente es el hecho de que un objeto que tiene un valor distinto de cero en masa ($m > 0$) nunca pueden viajar a la velocidad de la luz, porque requeriría de una cantidad infinita de energía para hacerlo. Pero cero de masa de partículas como el fotón (el quantum de la luz) puede viajar a la velocidad de la luz sin necesidad de energía infinita. (De hecho, no pueden viajar a cualquier velocidad más lenta.)
Algunas personas usan el término "masa" significa la cantidad que voy a llamar a la energía (en unidades diferentes), y el término "masa de reposo" cuando quieren referirse a lo que yo llamo la masa. En ese caso, se podría decir que un objeto material que viaja a la velocidad de la luz tendría masa infinita. Me refiero a que otra respuesta que he escrito para obtener más información sobre el contexto histórico de los términos.
Pero, ¿ las ondas de luz tienen cualquier tipo de masa medible? O en ese mismo sentido, ¿ las ondas de sonido?
No, pero sí de energía. Para las ondas de luz, la energía está relacionada con la frecuencia de $\omega$ de la ola,
$$E = n\hbar\omega$$
($n$ es el número de fotones), y para las ondas de sonido, la energía está relacionada con la amplitud (desplazamiento de la partícula) $\xi$ y la frecuencia de $\omega$,
$$E = A\rho \xi^2\omega^2$$
donde $A$ es el área de la sección transversal de la onda de sonido.
Puede calcular un "equivalente de masa" como $m_\text{eq} = E/c^2$, lo que quiere decir que la cantidad de masa que se necesitaría para tener la misma energía (en reposo) como la luz o el sonido de las olas. Si fuera posible convertir la energía de la onda en masa directamente, $m_\text{eq}$ sería la cantidad de masa que iba a llegar. Pero ese es el único sentido en que una onda tiene masa.
Creo que esta pregunta no está formulada correctamente sólo porque el remitente no es que están bien versados en la terminología científica.
Para decirlo brevemente -, ni las ondas de sonido ni de las ondas de luz tienen masa, ya que son representaciones de partículas que se mueven, ellos mismos no son entidades, no existen más allá del alcance de los humanos-facilitar la terminología. Como una analogía de una manera similar, uno podría preguntar: "¿de tráfico tienen una masa"?
Sin embargo fotones - partículas que crean y constituyen las ondas de luz tienen masa, aunque curioso, por otro lado las partículas que transportan/producir ondas de sonido bastante habitual en masa, ya que todos los átomos del mundo material.
Recuerde que los fotones hacer una onda de luz, pero una onda de sonido puede ser realizada/transportados por el átomo.
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