¿Es cierto que todas las partículas que tienen una velocidad inferior a la de la luz deben tener también masa?

Question

Ya he aprendido que las partículas masivas no pueden alcanzar la velocidad de la luz.

Pero hace poco leí que, en relación con los geles que refractan y hacen rebotar la luz en su interior lo suficiente como para que pueda viajar a velocidades mundanas, y por extensión cómo se propaga el electromagnetismo a través de la materia, se piensa que los fotones puros interactúan con los objetos masivos, ganando masa y moviéndose a una velocidad inferior a la de la luz como resultado.

No estoy seguro de si esto es sólo la forma en que el paradigma se establece para enmarcar los fenómenos, o si este paradigma se lleva a cabo sin problemas en otras teorías aceptadas en otras partes de la ciencia, pero esto me hizo pensar en la posibilidad de la exclusividad de la masa y la velocidad se aplica no sólo a las partículas con velocidades en c no pueden tener masa pero también lo contrario, las partículas sin masa no pueden tener velocidades inferiores a c .

Mi pregunta sobre las propiedades de todas las partículas, con brevedad sintáctica:

¿Masa exclusiva-o velocidad de la luz es cierto?

Answer 1

Toda partícula necesita tener energía para ser una partícula (si no la tuviera ni siquiera existiría). Como la energía equivale a la masa y por tanto gravita, yo diría que SÍ, todas las partículas que tienen una velocidad menor que la de la luz deben tener también masa.

Dado que la velocidad de la partícula es menor que la velocidad de la luz, un observador podría viajar con la misma velocidad que su partícula y experimentar la masa en reposo de la misma (en contraste con los fotones, que tienen energía y gravitan, pero no tienen masa en reposo).

Answer 2

En primer lugar, veremos la energía de una partícula relativista libre de masa (en reposo) $m$ moviéndose con velocidad $v$ : $$E = \frac{mc^2}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$$ donde $E=mc^2$ cuando $v=0$ . A continuación, consideramos algunos casos:

1. $m\ne0$ : En este caso, $E\rightarrow\infty$ como $v\rightarrow c$ . Por lo tanto, una partícula masiva que en cualquier momento se mueva a menos de la velocidad de la luz no puede ser prácticamente acelerada para alcanzar la velocidad de la luz. Una partícula masiva que siempre ha existido con $v$ = $c$ sin embargo, tiene una energía infinita - esto conlleva problemas, como que son posibles infinitas transferencias de energía a la materia ordinaria en las interacciones a lo largo de su recorrido - y, por tanto, se considera antifísico.
2. $m\rightarrow0$ : En este caso, exigimos que la partícula tenga una energía finita (por diversas razones, como que pueda producir algunos efectos medibles) a pesar de su masa evanescente, y esto sólo puede ser posible si $v=c$ para que $mc^2 = E\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}} = 0$ . En estos casos, la energía suele estar determinada por otras cosas. Por ejemplo, un fotón tiene una energía determinada por su frecuencia $\nu$ : $$E = h\nu$$

Así que, al menos desde el punto de vista energético, las partículas sin masa sólo pueden viajar a la velocidad de la luz, y las partículas masivas sólo a velocidades menores. Esta conclusión, por supuesto, supone que la expresión anterior para la energía también es válida para las partículas sin masa. Aunque es una suposición potencialmente sospechosa, está bien si esperamos una transición suave entre el caso sin masa y el caso límite de masa muy baja.

Answer 3

Depende de cómo se defina la masa. A mí me gusta pensar que la masa es sólo la masa en reposo. Me refiero a la masa que pesa en una balanza cuando nada se mueve. En diferentes medios la luz se mueve más lentamente no porque gane masa sino por su interacción con los átomos del medio. Los fotones son absorbidos y reemitidos de tal manera que cuando se suman las ondas de cada uno de los fotones estos terminan moviéndose más lentamente. Pero los fotones en sí siempre se mueven a la velocidad de la luz