Cuando renuncias a tu masa de descanso, los contratos de espacio y el tiempo se detienen. Cuando aumenta su masa de descanso, el espacio se contrae y el tiempo se detiene hasta detenerse. Llamamos luz al primer caso, y gravedad al segundo caso. ¿Hay una comprensión más profunda de esta simetría?

Answer 1

Después de una conversación esclarecedora con el OP, he editado la respuesta original.

La resolución a la pregunta viene en tres partes:

1. Entendiendo “masa en reposo” o mejor, eliminando la masa en reposo. Incluí una sección en “Entendiendo la misa” que incluye detalles si es necesario.
2. Aclaraciones en marcos de referencia, incluida la ausencia de tales en geodésicas nulas.
3. Algunos detalles sobre las diferencias entre relatividad especial y general.

Al viajar a c debes renunciar a toda tu masa de descanso; Dilatación del tiempo y resultados de la contracción espacial.
Es cierto que en “c” se necesita falta de masa. Sin embargo, la “masa en reposo” no puede verse afectada por el movimiento y, por lo tanto, no es algo a lo que pueda renunciar o agregar. La “masa en reposo” es la energía de interacción entre las partículas que forman el objeto, o más explícitamente; “masa en reposo” es la energía necesaria para organizar la materia del objeto, en la forma del objeto. El término “masa en reposo” está obsoleto y la única masa es la energía independiente del cuadro (vea “Entendiendo la masa” a continuación)

Supongamos que 2 viajeros, Alice y Betty se aceleran indefinidamente. Tanto para A como para B, cada uno ve, en aparente contradicción, que el tiempo del otro entre los eventos se expande o “dilata” y las distancias entre los puntos se contraen, mientras que absolutamente nada inusual sucede en su propio marco. Como se mencionó anteriormente, todas las masas no se ven afectadas.

Supongamos que 1 viajero, Alice, se aventura a donde la gravedad es extremadamente fuerte, mientras que Betty permanece en la Tierra, donde la gravedad es débil. Cada uno ve su propio reloj haciendo tic normalmente. Sin embargo, el reloj de Alicia en la gravedad más fuerte está avanzando más lentamente en relación con el reloj de Betty en la Tierra. Tanto Alice como Betty están de acuerdo en esto. La dilatación del tiempo gravitacional no es simétrica en la forma en que la dilatación del tiempo es simétrica con respecto al movimiento relativo.

La pregunta es buscar una conexión entre los efectos relativistas especiales y generales. Ambas son consecuencia de una geometría de 3 + 1 espacio-tiempo, es decir, ambas son una consecuencia de cómo medimos los intervalos de espacio-tiempo. La dilatación del tiempo relativista especial compara dos relojes en movimiento relativo y sus consecuencias resultan del ángulo que sus líneas de mundo forman en el espacio-tiempo, mientras que los efectos relativistas generales comparan dos relojes estacionarios en una variedad de espacio-tiempo con un tensor métrico no uniforme. Ambos pueden dar lugar a la dilatación del tiempo pero por razones no relacionadas.

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Para el lector interesado, si no está claro qué se entiende por “masa en reposo” y por qué este es ahora un término obsoleto.

Entendiendo la misa

Una guía en 5 secciones.

I. Varias definiciones de masa.
II. ¿Se puede convertir la masa en energía?
III. ¿De qué está hecha la masa?
IV. Fotones: ¿Partículas sin masa con masa invariante?
V. ¿Cómo se relaciona la “masa” con la “materia”?

I. Varias definiciones de misa

1. Misa relativista: El campeón masivo término de confusión. La masa relativista es la energía total dependiente de la velocidad de un sistema. La dependencia de la velocidad y la terminología adicional asociada es lo que hace de la masa relativista una fuente de confusión. Es atractivo porque deja claro explícitamente que la masa y la energía están en pie de igualdad.
   
2. Masa de reposo : es la masa relativista evaluada en v = 0, es decir, en el marco de referencia de la masa. Masa en reposo es un término problemático, ya que implica automáticamente la existencia de alguna masa que no está en reposo.
   
3. Masa adecuada : el término que acompaña a otras cantidades “adecuadas”, como el tiempo adecuado y la longitud adecuada. Es numéricamente equivalente a la masa en reposo y la masa invariante. La masa en reposo es la masa medida en la posición (x, y, z) en el cuadro de algún observador, mientras que la masa adecuada es la masa vista por el objeto en sí y tiene la posición (0, 0, 0). Nota personal: Esta no es una distinción que hago ya que me parece que esta distinción entre reposo y masa adecuada es más probable que exista entre las especialidades de física ligeramente borrachos a las 2 am que la comunidad de física, que solo dice “masa” mientras no se refiere a la masa “en reposo” ni a la masa “adecuada”, sino a la masa “invariante”, que se define a continuación.
4. Misa : la misa es la pseudo norma del cuadrivector de momento. Es decir, la masa es la longitud o la magnitud del momento 4-vector, o 4-momento.
   
   Esta es la “masa invariante” a la que se refieren los físicos cuando decimos masa y la única interpretación de la masa que debería usarse. La razón por la que usamos masa, es decir, la masa invariante, es que es la definición más simple que elimina la necesidad de otros términos de masa. Esta masa es la misma para todos los observadores, y las cantidades invariantes en la física son doradas.

II. ¿Se puede convertir la masa en energía?

Por favor, no preguntes ni digas que la masa se puede convertir en energía. Analogía cotidiana: ¿Se puede transformar un automóvil en un automóvil? Sí, anoche tuve un auto, pero esta mañana se transformó en un automóvil, oh, espera, simplemente se volvió a convertir en un auto de nuevo, oh, ahora mira el auto convertido de nuevo en un automóvil “Simplemente detente. Es molesto. La masa ya lo es. Energía, solo necesitas tener el contexto correcto.

III. ¿De qué está hecha la masa?

1. Energía de las partículas nucleares: Aproximadamente el 98% de la masa de la mayoría de los objetos en el universo es la energía dentro del núcleo de sus átomos. Esta es la energía cinética de los quarks casi sin masa y la energía de los gluones sin masa, las partículas que unen a los quarks. La energía del campo de color del gluón proviene de un proceso llamado ruptura de simetría quiral. Para los curiosos encontré los siguientes enlaces: ¿Ver la página en stanford.edu y / o El origen de la misa?
2. Mecanismo de Higgs: una partícula es una excitación de un campo cuántico, por ejemplo, el electrón es una excitación del campo de materia electrónica. Cuando estos campos se juntan con el campo de Higgs, el campo de Higgs luego oscila entre los estados de helicidad. Esta oscilación tiene energía como cualquier otra oscilación y representa aproximadamente el 2% de la energía de un átomo.
3. Otros: Existen otras contribuciones de energía a la energía de masa, pero son extremadamente pequeñas, por ejemplo, los campos electromagnéticos y la energía térmica contribuyen con una pequeña fracción del presupuesto de energía de un átomo.

IV. Los fotones (plural) pueden tener misa invariante.

Esta sección se incluye aquí para ilustrar un aspecto desconocido de la masa: la masa NO se agrega como los objetos de nuestra experiencia diaria.

Un solo fotón nunca tiene masa. Al igual que el gluón, es una partícula sin masa.
¿Pero qué pasa si sumamos dos fotones de masa cero juntos?

Consideremos dos fotones, uno moviéndose en el + x y el otro en la dirección + y. Cada uno tiene un impulso [math] \ hbar k [/ math] y calcularemos su masa invariante de la forma habitual.

El producto escalar del impulso energético 4-vector consigo mismo da:

Un solo fotón es una partícula sin masa que produce:

Por eso tenemos:

Mientras que la masa de un solo fotón SIEMPRE es cero, en general la masa de un sistema de fotones NO es cero. Un sistema de fotones no tiene masa si todos los fotones tienen el mismo momento.

Michael Tsamparlis ofrece un análisis detallado de los sistemas de fotones. Relatividad especial: una introducción con 200 problemas y soluciones: Michael Tsamparlis: es un texto excelente, aunque está dirigido a estudiantes universitarios o graduados avanzados. Un texto de nivel introductorio que describe sistemas de fotones múltiples es Taylor and Wheeler’s Spacetime Physics.

V. ¿Cómo se relaciona la “masa” con la “materia”?

Definido por la materia : la materia es cualquier excitación de un “campo de materia cuántica” o cualquier colección de tales excitaciones. Esto incluye, pero no se limita a, todas las partículas fermiónicas, núcleos, átomos, moléculas, sólidos, líquidos y gases.

NOTA : Es perfectamente correcto usar “materia” en un contexto no riguroso como un ersatz para significar “cosas”, como en “materia oscura”. También está bien hacer esto con energía también. Por ejemplo, cuando digo ” No tengo la energía para lavar toda la ropa “, me refiero a mi estado emocional y no a la simetría de mi Lagrangiano.

Dicho esto …
La misa no está relacionada con la materia; son mutuamente excluyentes. La masa es una propiedad invariante fundamental de un sistema, mientras que la materia es una descripción del comportamiento de una partícula o colección de partículas. Podrías, de manera relajada e informal, pensar que la materia como bloques de construcción y masa es la energía que da estructura y organización a los fragmentos de materia.

Para calificar como materia, un sistema debe poseer una función propia total que sea anti-simétrica y esto se traduce en el comportamiento de LEGO en la materia. Los bits de materia no pueden ocupar el mismo estado, pero pueden sentarse uno encima del otro y acumularse en los bultos familiares que llamamos átomos, moléculas, sólidos, líquidos, gases, etc.

¿Se pueden convertir masa y materia?
Bueno no exactamente. No es correcto imaginar que una gota de energía (no tal) se convierta en pequeñas partículas fundamentales sólidas; esta es la imagen absolutamente errónea. Sé que esta imagen es tentadora, ya que es probable que estemos familiarizados con las partículas en colisión en los aceleradores, donde parece que la energía de la colisión produce una gran cantidad de otras partículas que aparecen de la nada. Quizás una pequeña explicación ayude …

Las partículas son excitaciones de los campos cuánticos, que tienen energía y estos campos cuánticos pueden unirse a otros campos. En términos simples, la energía asociada con las partículas en colisión puede usarse para excitar modos de otros campos cuánticos que son esas otras partículas que surgieron de la existencia.

Answer 2

La premisa es ligeramente inexacta, pero hay una respuesta para usted. Nos metemos en la mecánica cuántica para responderla sin embargo. La densidad (generalmente de masa) es la clave aquí. Donde hay mayor densidad, aumenta la curvatura del espacio-tiempo. A medida que más masa se unen en estas regiones de alta densidad, la curvatura del espacio-tiempo se pronuncia, y tiene una “gravedad” notable, aunque el efecto llamado gravedad está presente independientemente de la cantidad (> 0) de material, ya sea energía o materia. Recuerde que la materia y la energía se pueden intercambiar, por lo que ya existe una relación entre los dos, una propiedad común con la que ambos interactúan.

La corrección a la premisa es que “masa en reposo” es un término altamente subjetivo, y algo que realmente está en reposo (algo que en realidad no podemos medir debido a la relatividad del objeto en reposo y la naturaleza misma de nuestro universo) debe, o bien, entregar energía ( conversión de masa en energía) para moverse, o recibir fuerza externa para moverse. En este último caso, la curvatura espacio-tiempo puede alargarse ligeramente a lo largo de su trayectoria, pero no sería mediblemente diferente en intensidad de curvatura espacio-tiempo a menos que la fuerza aplicada permanezca de alguna manera local al objeto originalmente en reposo después del movimiento.