La energía y la masa están interrelacionadas. Como todo tiene energía, ¿podría algún objeto no tener masa? Por ejemplo, un fotón es un paquete de energía, pero aún así se considera una partícula sin masa. ¿Por qué es así?
Sólo hay una masa. Dejemos esto claro. El concepto de "masa relativista" no es realmente un concepto útil en mi opinión. El masa invariante o simplemente la masa, se define como (en unidades naturales, por lo que $c = 1$ ):
$$E^2 - p^2 = m^2$$
La razón por la que esta es una definición mucho más útil para una masa, es porque esta cantidad es invariante de Lorentz, lo que significa que tiene el mismo valor en cada marco de referencia. Si se define la masa de cualquier otra manera, se va a encontrar con problemas innecesarios.
Para el fotón, se supone que esta masa invariante es 0, por lo que su energía, $E$ sólo recibe una contribución del momento del fotón, por lo que $E = p$ . Hay justificaciones de por qué suponemos que el fotón tiene masa cero. El fotón sólo tiene 2 grados de libertad; la polarización longitudinal no existe precisamente porque el fotón no tiene masa. También tenemos otras razones para creer que el fotón no tiene masa. Algunas leyes del electromagnetismo tendrían que modificarse también si el fotón no tiene masa, un ejemplo de ello sería la ley de Coulomb. Por lo tanto, la ley de Coulomb proporciona una buena prueba de la masa del fotón (consulte este papel ) al que se le ha asignado el límite superior de $m ≲ 10^{−14}$ eV/ $c^2$ .
En el caso de otras partículas no es así, ya que al poseer también esta masa intrínseca obtienen también contribuciones a la energía de esa cantidad y por tanto $E^2 = p^2 + m^2$ .
Como la masa invariante aparece en la fórmula al cuadrado, la masa negativa y la positiva tendrían el mismo significado. Por convención elegimos que sea positiva. (Aunque creo que cuando se introduce la relatividad general hay que empezar a distinguir entre masas positivas y negativas).
@becko si estás preguntando si $E$ puede ser mayor que $p$ en esta ecuación, creo que la respuesta es no porque $E$ varía con $p$ pero podría estar equivocado.
La definición de masa es : $$m^2=E^2-p^2$$ Donde $m$ , $E$ y $p$ son la masa, la energía total y el momento del objeto, respectivamente. No es necesario que si un fotón tiene energía deba tener masa porque un objeto o una partícula puede tener energía debido a su momento solamente o a su masa solamente o debido a su masa y momento y así un fotón tiene energía debido a su momento solamente (no tiene masa).
Poniendo $m=0$ en la relación energía momento (la ecuación anterior) encontramos que $E=p$ es decir, un fotón tiene una energía igual a su momento sin ninguna masa.
Aquí he tomado la unidad en la que $c=1$ .
Los fotones nunca tienen masa cero. Como usted señala, tienen energía, por lo que tienen masa, lo que suele denominarse "masa relativista".
Se dice que los fotones tienen una "masa en reposo" nula, es decir, que no tienen masa cuando están en reposo (inmóviles). Pero los fotones nunca están inmóviles, así que esto no tiene ningún significado físico. La relatividad exige que no tengan masa en reposo, pues de lo contrario su energía al viajar a c sería infinita. Como éste no es el caso, se les asigna teóricamente masa cero en reposo.
Pero, ¿no se define la masa relativista como el producto de la masa en reposo por el factor de Lorentz?
Mi opinión es que la asignación de una masa de reposo nula a los fotones puede tener un significado físico, al menos en cierto sentido. Con la equivalencia masa-energía, esto es esencialmente la afirmación de que los fotones en reposo no existen.
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No, la energía y la masa no siempre están interrelacionadas el fotón no tiene masa pero tiene energía. Si tuviera masa no podría moverse con la velocidad de la luz, supongo.
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Sé que es un anacronismo, pero los fotones no tienen descanso masa (ahora llamada invariante masa). tienen momento y velocidad, y si se divide la primera por la segunda, se obtiene una cantidad de dimensión: masa . a veces lo llamamos "masa relativista" . para velocidades inferiores a $c$ Es $$ m = \frac{m_0}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}} $$ donde $m_0$ sería la "masa en reposo".