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Equivalencia hipotética masa-energía

2 preguntas:

  1. Hipotéticamente, si en un universo imaginario, la velocidad de la luz al cuadrado fuera el 90% o el 110% de lo que es en nuestro universo... ¿requerirían las matemáticas otra constante como 1,1 o 0,9 al lado para que las matemáticas funcionaran (debido a los requisitos del momento)?

  2. En un escenario ligeramente diferente, ¿qué pasa si el $c$ observadas fueran las mismas que en nuestro universo, pero debido a alguna propiedad de la masa (diferente en el universo alternativo), las matemáticas requieren una constante de 1,1 o 0,9 para que las matemáticas funcionen. ¿Es esto una posibilidad en las matemáticas, considerando el momento y la conservación de la energía en este universo imaginario?

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domotorp Puntos 6851

Todas las mediciones físicamente significativas son adimensionales: las longitudes de onda, las frecuencias, las masas, etc. se miden todas en relación con una cantidad estándar con las mismas unidades. Las masas pueden expresarse todas en masas de electrones, las longitudes de onda pueden expresarse en comparación con la longitud de onda de una determinada línea de absorción de sodio.

Si la velocidad de la luz aumentara en un factor de 1,01 o 0,99, manteniendo todo el resto de la física constante, tenemos que estudiar cómo se propaga el cambio de una sola constante entre todas las demás predicciones antes de poder evaluar que el cambio es en sí mismo físicamente observable, o si está fijado por otras constantes físicas

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kiwi Puntos 31

Las respuestas son "no realmente, y no".

La relatividad especial se basa en los dos postulados de que (1) las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia inerciales, y (2) que la velocidad de la luz en el vacío tiene el mismo valor $c$ en todos los marcos de referencia inerciales.

La razón por la que expresamos $c$ como $\approx 300,000$ km/s es que elegimos las unidades kilómetro y segundo, pero podríamos igualmente utilizar unidades de longitud y tiempo que hacen $c=1$ . Así que no se puede cambiar $c$ por sí mismo, ya que sólo reescalaría la distancia y el tiempo. Normalmente, cuando los físicos consideran diferentes valores de las constantes fundamentales, miran constantes adimensionales es decir, valores que no tienen unidades y que, por lo tanto, no se pueden reescalar cambiando su sistema de unidades. Por lo tanto, cambiar $c$ requiere cambiar algunas de las otras constantes, cambiando una buena parte de la física. Sin embargo, ignoremos esa parte para llegar a la pregunta: supongamos que jugamos con las constantes de la manera correcta.

¿El hecho de que luz viaja en $c$ ¿trabajas aquí? Aparentemente no: lo único que se necesita es que haya alguna velocidad de señalización que sea invariante en los marcos de referencia inerciales. La causalidad va al revés: como los fotones no tienen masa (o, alternativamente, las ecuaciones de Maxwell son invariantes de Lorenz) la luz tiene que viajar a la velocidad invariante. La relatividad seguiría siendo válida si el espacio tuviera un índice de refracción $n>1$ ralentizando la luz.

La primera pregunta es si en un universo con un valor diferente de la velocidad invariante $E=mc^2$ tendría que cambiar. La respuesta rápida es no: en este universo $E=mc'^2$ donde $c'$ es la velocidad cambiada (si quiere expresar esta fórmula en términos de normal $c$ tendrás que añadir un factor delante, pero ahora estás expresando una la constante observada en términos de una de otro universo - no tiene mucho sentido, y tendrás que hacerlo en todas partes $c'$ aparece en sus ecuaciones).

La razón es que el derivación (las variantes se encuentran en todos los libros de texto de relatividad) sólo hace uso de cómo se transforman el momento y la masa en función de la velocidad invariante, no de qué valor tiene. Sólo puede tratarse como un símbolo: no hay ningún vínculo con la luz real ni con un valor concreto.

(Estrictamente hablando, La derivación original de Einstein fue mucho sobre la emisión de fotones y parece para hacer que la luz sea mucho más importante para el resultado de lo que es).

La segunda cuestión es si podríamos acabar con una ecuación como $E=2mc^2$ . La respuesta es no por la misma razón. Las matemáticas no funcionan. En particular, considere la fórmula de energía-momento $E^2=(mc^2)^2+(pc)^2$ - si quiere que esto se mantenga y $E=2mc^2$ entonces se obtiene un impulso imaginario. Así que a menos que quieras postular un universo con un realmente física diferente que te quedas con $E=mc^2$ .

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Josh Russo Puntos 128

La velocidad de la luz es la distancia que recorre la luz durante 1 segundo. Esta distancia es 1 segundo luz o exactamente 299.792.458 metros según la definición de metro. Esta velocidad no es una constante física medida que podría ser diferente en un marco diferente o en un universo diferente. En cambio, la velocidad de la luz es un número predefinido que siempre es el mismo. No importa dónde estés, dentro o fuera de un agujero negro o en un universo diferente, tu velocidad local de la luz siempre es de 1 segundo-luz por segundo.

En tu segundo escenario, no hay ninguna propiedad de la masa que pueda cambiar la relación. La energía y la masa no están en una "relación", la masa simplemente es la energía local (energía que permanece en el marco de reposo del objeto). Por ejemplo, si tomamos una caja ingrávida con paredes de espejo ideales que mantienen la luz en su interior, entonces la masa de esta caja (en unidades naturales donde $c=1$ ) es igual a la energía de la luz. Añadimos $c^2$ (un número predefinido a partir de la definición de metro) a la fórmula sólo para convertir julios a kilogramos. En unidades naturales la fórmula es simplemente $E=m$ .

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Jim Puntos 16080

1) No, no tendrían que utilizar un factor constante para que las matemáticas funcionen. Suponiendo que las propiedades de la materia sean ciertas, su versión de la velocidad de la luz sería simplemente la velocidad límite de transferencia de información. Sus ecuaciones serían exactamente iguales a las nuestras, salvo que utilizarían su valor medido para la velocidad de la luz en lugar del nuestro (porque, ¿por qué iban a utilizar o conocer el nuestro?) Seguirían diciendo que $E=mc^2$

2) Es evidente que se trata de una posibilidad matemática. Desgraciadamente, la respuesta a tu pregunta sobre este escenario es trivial. Si establecemos que los físicos de un universo alternativo miden que la velocidad de la luz es la misma que la nuestra pero que hay alguna propiedad de la materia que hace que su equivalencia masa-energía salga $E=kmc^2$ para alguna constante, $k$ Entonces las matemáticas necesariamente lo permitirían.

No decimos $E=mc^2$ debido a alguna derivación puramente matemática que hace imposible que la relación sea otra cosa. Utilizamos esa ecuación porque es la que mejor se apoya en la evidencia científica. Cualquier relación que esté mejor apoyada por la evidencia es también posible dentro de las matemáticas. Una relación diferente podría significar que hay cambios, grandes o pequeños, en otras teorías y principios dentro de la física, pero las matemáticas no tienen problemas con eso.

Así que tu segundo escenario es trivial y funciona porque tú lo has dicho. Lo que los físicos determinen experimentalmente en ese universo es lo que determinan. Nos dijiste que estableciéramos una hipótesis en la que $E=0.9mc^2$ y preguntó si las matemáticas funcionaban. Bueno, si fuera hipotéticamente el caso de que $E=0.9mc^2$ entonces las matemáticas tendrían que salir bien, de lo contrario no estaríamos adhiriéndonos a lo hipotético.

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