Einstein demostró que la masa y la energía son intercambiables y que la masa se puede transformar en energía, ¿es posible transformar la luz (energía) en masa?

Answer 1

Me molesta que nunca nos enseñaron física correctamente en la escuela secundaria, y tú y yo y la mayoría de los demás compartimos este tipo de preguntas. Necesitamos hacerlo mejor para nuestra progenie.

Dicho esto, vamos a descomponerlo. Su pregunta es defectuosa fundamentalmente, ya que supone que la energía y la masa son de alguna manera diferentes y puede “convertir” una a otra con un molinillo de carne especial (o algo así). No tan.

Todo lo que existe físicamente en el universo es “cosas” que tienen propiedades que incluyen energía (medida en algunas unidades de energía, digamos GeV) y tiene masa (medida en otras unidades, digamos gramos). Es como decir que una esfera se puede convertir en una pelota de fútbol: ambas cosas al mismo tiempo. Algunas cosas tienen masa cero (llegaremos a eso).

Las “cosas” pueden tomar una de varias formas, y aquí es donde la confusión de energía / masa lo establece. El material puede ser un “fermión”, lo que significa que ocupa espacio y tiene valores de energía específicos que el bastón toma y permanece estable en una única ubicación en el espacio. Los electrones y los quarks son fermiones (¡hay otros!). Todos los fermiones tienen tanto energía como masa (hasta donde sabemos).

Las cosas también pueden ser un “bosón”. Un bosón no ocupa espacio; todos tienen energía, pero algunos bosones tienen masa [en reposo] y otros no. Un fotón es un bosón (que transporta fuerza EM), otros bosones transmiten otros tipos de fuerza (fuerte / débil / gravedad).

Para hacer las cosas más peludas, los fotones, porque no tienen masa, siempre están haciendo zoom. Sin embargo, un fotón que viaja TIENE masa ya que tiene impulso. Si disparo suficientes fotones como un objeto, puedo hacer que se mueva (el momento es Mass x Velocity, por lo que Mass no puede ser cero). Así que decir que un fotón no tiene masa en reposo es técnicamente cierto, pero es puramente teórico, porque en realidad nunca descansan.

DE ACUERDO. Estamos casi listos para responder a su pregunta.

Da lo que he descrito anteriormente, lo que creo que quieres preguntar es:

¿Es posible convertir bosones que no tienen masa en reposo (es decir, fotones) en otros tipos de partículas que tienen masa y ocupan espacio (digamos electrones o quarks que forman protones / neutrones)?

La respuesta es Yeasss, ya que un tipo de partícula es fundamentalmente igual a cualquier otro (ya sea un bosón o un fermión), todas son perturbaciones en los campos cuánticos. Cuanto más fuerte es la perturbación, más energía (y masa) se dice que tiene [fotones también, pero no en reposo, cuando vuelan alrededor, todo lo demás en reposo].

¿Cómo lo haces? Tendría que concentrar enormes cantidades de fotones en un lugar muy pequeño para crear una perturbación muy grande en un punto, con un dispositivo de tipo láser, por ejemplo. Cuando la perturbación sea lo suficientemente grande, comenzarás a generar espontáneamente diferentes tipos de partículas, incluidos los electrones y los quarks, las partículas cuánticas estables se “caerán” de las concentraciones de energía inestable.

Este sería un proceso algo opuesto a lo que hace un colisionador de partículas. Un colisionador aísla muy pocas partículas con masa (protones, por ejemplo) y las acelera lo más cerca posible de la velocidad de la luz. Luego se golpean entre sí, produciendo la enorme perturbación de energía en un solo punto que mencioné anteriormente.

El dispositivo de luz a materia necesitaría tomar una gran cantidad de fotones y concentrarlos en un solo lugar. Esto es difícil, ya que a los fotones no les gusta pasar el tiempo en un solo lugar por mucho tiempo y contener esa cantidad de energía en una ubicación es bastante difícil, pero físicamente posible.

Puedes hacer materia fuera de la luz. Presto.

Disculpe, esto fue un poco largo, pero espero que responda a su pregunta. Sal por ahí y convierte la luz en oro 😉

Answer 2

Sí, hay un proceso conocido como producción de pares (PP) en el que un fotón de alta energía / frecuencia se transformará en un par de partículas materia-anti-materia. Una combinación común es el par electrón-positrón. Para que esto suceda, el fotón debe tener una energía mayor o igual a la energía de masa de las dos partículas. La energía de masa es el valor de energía equivalente a la masa de la partícula como se muestra por E = mc2. Además, el fotón debe pasar muy cerca del núcleo de un átomo pesado. A medida que la distancia desde el núcleo se acerca a cero y aumenta la masa del núcleo, aumenta la probabilidad de que ocurra PP. Cualquier energía fotónica en exceso de la energía de masa del par de partículas se conservará como energía cinética del par de partículas. La partícula de antimateria interactuará rápidamente con su partícula de materia correspondiente y se aniquilarán entre sí y producirán dos fotones con energía equivalente a la energía de masa de las partículas. En el caso del par de electrones / positrones, se producirán 2 fotones de energía de 0,51 Mev.

Answer 3

No en realidad no. En cierto sentido, la energía y el impulso pueden “cambiarse” entre sí, pero la masa es un animal completamente diferente. Me refiero a la masa invariante. La masa invariante de un sistema cerrado no cambia. Masa invariante – Wikipedia

Para este ejercicio, asumo el paradigma de las partículas y la relatividad especial.

Este es el impulso 4-vector. Cuatro momentos – Wikipedia

[math] P = p ^ \ nu \ hat {e} _ \ nu [/ math]. El componente cero es la energía de un sistema.

Para el propósito aquí, podría ser mejor cambiar a una ecuación para tener unidades de masa.

[math] M = \ mu ^ \ nu \ hat {e} _ \ nu [/ math]. En esta ecuación M es un vector.

[math] M = \ mu ^ t \ hat {e} _t + \ mu ^ x \ hat {e} _x + \ mu ^ y \ hat {e} _y + \ mu ^ z \ hat {e} _z [/ mates]

El impulso del sistema en la dirección x: [math] p_x = c \ mu_x [/ math].

La energía es el momento temporal. No tienen las mismas unidades, así que tómalo con un grano de sal. [math] E = c ^ 2 \ mu_t [/ math]

Ahora podemos definir la masa intrínseca, m. [math] m = | M | [/ math]. La masa mide la longitud del tensor de 4 momentos cuando se escribe en unidades de masa. La energía y el impulso son componentes de este vector.

[math] -m ^ 2 = M ^ \ nu \ eta _ {\ nu \ rho} M ^ \ rho [/ math]. [math] \ eta [/ math] es la métrica de Minkowski.

Escrito en su totalidad, [math] m ^ 2 = E ^ 2 / c ^ 4 – p ^ 2 / c ^ 2 [/ math], donde p es la longitud del vector de impulso.

Si has llegado hasta aquí, puedes ver que preguntar si la energía se puede convertir en masa es como preguntar si la velocidad se puede cambiar a velocidad.

Answer 4

Durante la aniquilación de electrones / positrones, las 2 partículas reaccionan para formar 2 o 3 fotones de rayos gamma de energía pura. En la reacción opuesta, la energía pura puede contribuir a la producción de pares.

Esta es la fórmula de Einstein E = mc ^ 2 de verdad.

marca

Answer 5

Espero que esto pueda responder a su pregunta:
1. En primer lugar, veamos qué significa esta ecuación:
E = mc² significa cuantitativamente cuánta energía hay en esta cantidad de masa almacenada en su estructura. Además, esta ecuación es la expresión de energía estructural relevante para su masa, pero no la expresión de energía de momento relevante para su masa, por lo que no se puede utilizar en la aplicación de algo que no tenga energía estructural como los fotones.

E / c² = m significa cuantitativamente cuánta masa hay que almacena esta cantidad de energía.

No significa que la energía y la masa sean intercambiables, o que sean equivalentes. Que lo hagas, será una interpretación errónea de la expresión matemática. La energía no es una existencia independiente. Es más bien el parámetro para describir el estado del estado de existencia en masa. El estado energético de una masa es su estado de existencia: su estado de movimiento y / o estado estructural. La sustancia no puede ser equivalente o intercambiable con el parámetro que describe el estado de su existencia.

2. E = mc² declaró las relaciones de energía de masa de la energía estructural almacenada en esta masa. No se puede aplicar de manera universal e incondicional. Por ejemplo, los fotones no tienen energía estructural para mantener su existencia, pero dependen de su energía de momento para mantener su estructura estable, por lo tanto, E = mc² no se puede usar para describir las relaciones masa-energía en los fotones. Y también, cuando algo que tiene energía estructural y energía de momento al mismo tiempo, si quieres saber su energía total, debes aplicar tanto E = mc² como el cálculo de energía de momento correspondiente y sumarlos para obtener la energía total. Pero en el caso del fotón, es diferente: no tiene energía estructural, por lo que E = mc² no se puede usar en él.

3. El fotón es un cuanto es la cantidad más pequeña de masa que puede existir de manera estable e independiente. Aunque no puedes decir que el fotón es la cantidad más pequeña de energía que puede existir de manera estable e independiente, porque la energía no es una existencia independiente, la energía es la energía de su masa, es el estado de la existencia en masa: será el estado estructural de esta masa como energía estructural (fuerzas de enlace estructural) o el estado de movimiento de esta masa como energía de impulso. La energía potencial es una forma de energía de momento que es la energía que se almacena en la posición por el movimiento anterior. La energía electromagnética es una forma de energía de momento. El calor es una forma de energía de momento, es la energía de momento de vibración en fotones y átomos. El enlace químico, el enlace átomo a átomo, el enlace de hidrógeno, el enlace nuclear … son energía estructural. La masa y la energía no pueden ser iguales, porque la energía no es una existencia independiente. La energía solo puede intercambiarse entre sus diferentes formas, pero no con la masa. La energía no puede crear masa, ni la masa puede crear energía: son solo las diferentes formas en que la energía se está transformando entre sí.

4. Solo la masa puede producir gravedad y solo la masa puede ser afectada por la gravedad. La fuerza de energía puede interactuar / contrarrestar con la fuerza de gravedad pero no puede afectar la gravedad en sí misma.

Answer 6

No puedo decir si los fotones pueden convertirse en materia, pero el Big Bang putativo era un … algo … de energía pura que, al enfriarse, creaba materia. La misa, por cierto, está indefinida. La masa de usted o de mí es más igual a la energía de enlace (partículas transportadoras de fuerza, bosones de calibre que son) entre borrosas, sin ubicación de ondas cuánticas. No lo entendemos. Pero el 99% de la masa en cualquier cosa (más o menos) es la energía de enlace, no la “masa” (para la cual no tenemos una definición real). Pero tienes razón en que ahora hablamos de materia-energía (como hemos estado vinculando espacio-tiempo desde 1907).

Además, no sabemos nada sobre la creación de Dark Matter y Dark Energy, que representa el 95% de las “cosas” en el universo. Lo que sí sabemos, para lo cual no estamos seguros de todo, es el 5% o “materia ordinaria” que nos incluye.

Answer 7

La respuesta es sí, los fotones se pueden convertir en masa y viceversa. Los fotones con energías por encima del doble de la energía de la masa del resto del electrón pueden producir un electrón y un positrón. Esto se llama producción de pares. Durante la producción del par, la energía de un fotón se convierte completamente en dos partículas con masa y energía cinética. Se requieren dos partículas para conservar tanto el impulso como la energía. El positrón finalmente disminuirá su velocidad y se encontrará con otro electrón que dará como resultado la liberación de un par de fotones de 511 keV, lo que creará la luz de la masa. Esto se llama radiación de aniquilación. De nuevo, se requieren dos fotones para conservar tanto energía como impulso.

Answer 8

El principio de equivalencia es bastante más profundo que eso. En realidad, afirma que la energía siempre se manifiesta como masa. Eso incluye la luz. Los fotones no tienen masa de descanso, pero sí tienen una masa relativista. Así que en ese sentido, no hay conversión que hacer.

Ahora, si está preguntando, ¿podemos convertir los fotones en otra partícula con una masa en reposo diferente a cero? Eso es bastante diferente. Ciertamente es posible que la luz absorbida incremente la masa de un átomo. En principio, si un fotón es absorbido y un electrón excitado en una órbita más alta, el átomo tendrá una masa minúscula, minúscula, minúscula y más pequeña cuando esté en esos estados excitados. Lo mismo ocurre con cualquier proceso químico que implique la absorción de energía luminosa.

Sin embargo, como creo que su pregunta está dirigida a si es posible usar la luz para producir partículas con masa en reposo, entonces algunos científicos lo están intentando. Existe esta historia, por ejemplo, que tiene como objetivo producir pares de electrones / positrones (los cuales tienen masa en reposo) al colisionar fotones.

La materia se creará de la luz dentro de un año, afirman los científicos

Answer 9

Transferir energía luminosa (fotón) a la materia no es tan conveniente como la acción inversa. Sin embargo es posible y se ha hecho en el experimento. Eche un vistazo a esta página, por ejemplo:
http://www.extremetech.com/extre …

Answer 10

¡Sí! La producción en pares es el proceso más básico para convertir energía en masa.
Es un fenómeno en el que un electrón (partícula) y un positrón (antipartícula) se producen a partir de un fotón (energía) debido a su interacción con los campos de un núcleo pesado.
Ocurre cerca del núcleo pesado y no puede ocurrir en el vacío.
Energía de fotón = Energía requerida para la producción de pares + Energía cinética de las partículas.
Matemáticamente
hf = 2mc ^ 2 + K. E (de electrón) + KE (de positrón)
Aquí m es la masa en reposo de un electrón o positrón.

Answer 11

En algunos casos sí.
Por ejemplo, un fotón de rayos gamma con suficiente energía. Si reacciona con un campo o partícula magnética o eléctrica adecuada, puede convertirse en una partícula y su antipartícula más la energía suficiente para separarlos antes de que puedan aniquilarse entre sí nuevamente. Es lo inverso de lo que sucede cuando, por ejemplo, un electrón y un positrón se aniquilan mutuamente para formar un fotón de rayos gamma.

Answer 12

Sí, son las mismas pero medidas, por razones históricas en diferentes unidades.

Dos observadores que se mueven uno respecto al otro miden la masa y la energía de un tercer objeto como si tuvieran valores diferentes. Sin embargo, sí están de acuerdo con la duración de su vector de impulso energético. Para convertir la masa en energía y volver, todo lo que necesitas hacer es cambiar tu velocidad.

Answer 13

Sí, y ocurre en cualquiera de varias reacciones nucleares, especialmente en las estrellas. Después de todo, las reacciones nucleares en la Tierra generalmente liberan energía que se unió a la masa en reposo de un núcleo en descomposición. Pero lo que preguntaste es al revés, lo cual ocurre muy raramente en la tierra fuera de los reactores nucleares y los aceleradores de partículas.

Answer 14

La creación de pares es este fenómeno, pero todo está más claro … Los fotones no tienen masa, si se disparan unos a otros, se puede crear un positrón y un electrón.

¿Por qué? Nadie puede responder eso hasta ahora.

Answer 15

Sí, producción de par:
http://en.wikipedia.org/wiki/Pai …

Answer 16

Sí, es teóricamente posible. Sin embargo, parte de la misma ecuación explica que se necesitan enormes cantidades de energía para lograrlo.