¿El fotón tiene masa?

[joseluis7696]

Sin embargo, la. velocidad de la luz disminuye cuando se propaga en un medio que no sea el vacío. Y he leído sobre experiencias donde llegan a paralizar la propagación por períodos reducidos.

[joseluis7696]

repetido

[Vicente]

Como todos sabemos, la formula E= m. c^2 expresa una relación entre masa y energía. De tal forma que todo lo que tiene energía tiene masa y viceversa en la proporción que marca la fórmula. Esta fórmula, según dicen, solo es aplicable a partículas en reposo y que, por lo tanto, no se puede afirmar que un fotón tiene masa ya que la misma proviene de su momento.

El momento lineal (p) viene dado por la siguiente fórmula: p= m. v; de donde el momento depende de dos factores: masa y velocidad. Sin alguno de ellos no hay momento.

De lo dicho hasta aquí llegamos (con toda mi intención) al absurdo.

¿Cuál es la salida al mismo? ¿Qué es lo que yo pienso?

Que la primera fórmula es aplicable a cualquier partícula sea cual sea su estado. ¿Cuál es la masa del fotón según la misma? Pues sencillamente viene de despejar m; m= E/c^2. Si conocemos la energía del fotón (depende de su longitud de onda), sabemos su masa, y si sabemos su masa, sabemos su momento.

A la pregunta ¿El fotón tiene masa? la única respuesta posible es que sí, ...

Es curioso comprobar cómo la formula física más famosa de la historia no suele conocerse completa sino truncada.

La formula (casi) completa es:

E2 = p2 c2 + m2 c4

(lo que parecen subíndices son superíndices que indican potencias)

E = energía total
p = momento lineal
m = masa relativista o masa aparente
c = constante universal de valor aproximado 300 000 km/s

De esta fórmula general tenemos dos casos particulares de mucho interés:

Aunque la partícula no tenga momento, si tiene masa tiene una energía potencial
E = m c2
Por esta razón cualquier objeto con masa (incluso en reposo) alberga una enorme cantidad de energía.

Y si no tiene masa, su energía es:
E = p c

El caso de los fotones, es el segundo, es decir, el de partículas sin masa, pero con energía y momento.

Por otro lado, sabemos que la energía del fotón es directamente proporcional a su frecuencia:

E = h f
h = constante de Planck
f = frecuencia de la onda electromagnética asociada

De las anteriores expresiones, obtenemos que el momento de un fotón es

p = E/c = h f/c

Como en el vacío la velocidad de la luz es c, el inverso de la longitud de onda es f/c, y podemos decir que:
En el vacío, el momento lineal asociado a un fotón vale p = h/L
L = longitud de onda

Este es el momento lineal que se transfiere íntegramente a la materia que absorbe dicho fotón.

Conociendo su energía E = h f, si mides el momento p de un fotón (el que transfiere al ser absorbido o emitido por la materia), y aplicas la fórmula, puedes calcular su masa:

(h f)2 = p2 c2 + m2 c4

Comprobarás que resulta m=0

Así que puedes imaginar que la masa del fotón no es nula. Incluso hay quien sueña con una masa negativa. Pero cuando se quiere realizar cualquier cálculo y se deben utilizar las fórmulas que conocemos, el resultado sólo es 'exacto' si hacemos m=0.

Un saludo

[Vicente]

Cuando pensamos en la velocidad de la luz siempre nos la imaginamos en el vacío o en el aire y, por ello, extremadamente rápida. Pero la luz también se propaga por otros medios y, en general, cuanto mayor es la densidad del medio, menor es la velocidad.

Los fotones tardan decenas de miles de años en llegar a la Tierra desde que se forman en el Sol. De ese tiempo, la inmensa mayoría lo emplean en salir de la estrella, desde el núcleo donde se forman, hasta las capas externas. Luego, en sólo ocho minutos y pico llegan a nuestro planeta.

Los experimentos en que se consigue hacer que la luz vaya muy despacio sin que el medio sea denso son 'relativamente clásicos' y se consiguen velocidades de pocos kilómetros por hora.

Como dice José Luis, hace unos años se consiguió paralizar la luz durante unos instantes en un medio de densidad normal a baja temperatura y que después saliese del medio tal y como había entrado.

Eso contradice la idea de que no se puede tener un fotón en reposo.

Un saludo

[baldo]

para quien guste de teorias heretico / alternativas / conspiranoicas:

1º si comparamos
Ep = 1/2 m v^2 (energ potencial del cole)
E = m c^2 (formulita de einstein)

vemos que aparte de comerse el 1/2, y la especificacion de potencial, no tiene nada de extraordinario, sino que es un caso particular, cuando v = c;
* segun mi profe de fisica (era extraordinario, pero ni asi se le puede exigir que lo sepa todo), "una bala acelerada hasta la velo de la luz, se convierte en luz", no supo decirme si se reflejaria en un espejo.

2º la teoria de que la luz tarda años en salir del sol,,, otra leyenda urbana.
la luz "normal" (excluir fluorescencias, leds, laseres, luz quimica,,,) se produce por agitacion termica, al variar los enlaces electricos de la materia.
si el interior del sol no es trasparente, (y aun siendolo), ¿por que habria de serlo?, una zona radiara, como radia cuerpo negro, pero inmediatamente absorbido por la contigua, trasformandose en calor.
lo querran decirson es que el calor tarda años en salir,,,

3º la noticia de la detencion de luz, se refiere a "agregados de bose einstein", atomos en 0ºk, que se cuenta atrapan luz para reemitirla tal cual cuando desaparecen,,,
por otra parte lei que los metalizados semiespejos, retardan la luz extraordinariamente,
creo que el mas, o uno de los mas, i, es el diamante, i=3, tres veces mas despacio, de ahi sus reflejos de colorines.

[framon]

Hola, según tengo entendido se ha conseguido detener la luz durante un minuto en un experimento realizado en 2013 por un tal Thomas Halfmann (detallado en "Physical Review"). Pero lo más grande es que teóricamente no se conocen limitaciones de tiempo en el almacenamiento, es decir, ese minuto podría ser horas, días, etc. Luego volveré sobre el tema.

Creo que estaremos todos de acuerdo en que lo que la ciencia reconoce como cierto debe estar basado en la evidencia, de hay que se formara tal revuelo cuando los resultados del experimento realizado por un equipo de "disparatados científicos" del CERN dieron el aparente resultado de que los neutrinos habían viajado más rápido que la luz. Afortunadamente para el mundo científico el resultado fue fruto de un error, ya que, de ser cierto, habría hecho tambalear los cimientos de la física actual. La velocidad de un neutrino es casi la velocidad de la luz: 299,338 km/s.

Querido vicente, antes que nada felicitarte por tan enriquecedora participación. No obstante, no por ello quiero decir que no se le pueda hacer alguna objeción a tu planteamiento (como se puede hacer también al más modesto que yo planteé):

Partes de la premisa de que el fotón no tiene masa, para, después, demostrar (partiendo de la primera premisa) que no la tiene.

Por el contrario, yo partí de la premisa que el fotón sí tiene masa.

¿Quién es más "tramposo"? Veamos:

La premisa de que el fotón no tiene masa viene dada porque La Teoría de la Relatividad afirma que ningún objeto o partícula con masa puede alcanzar la velocidad de la luz por los efectos que la aceleración tendría sobre la misma.

La premisa por la que se afirma que un fotón tiene masa (provenga de donde provenga) es que es atraído por la gravedad. Y esto es una evidencia.


Volviendo al principio: la luz se puede detener y los experimentos demuestran que es así (nadie los ha refutado hasta el momento) por lo que podríamos decir que se trata de una evidencia. La cuestión es que implicaciones tiene referente al tema que estamos tratando.

Yo estoy de acuerdo con los científicos que afirman que un fotón en reposo desaparecería. Utilizaré la formula con la que pretendes demostrar que el fotón carece de masa: (h f)2 = p2 c2+ m2 c4.

Analicémosla: Si la masa del fotón es cero y el momento (al estar detenido) también lo es, nos encontramos que la energía (h f) da como resultado cero: (h f)2 = 0+0.


Y si del experimento resulta que la energía del fotón detenido no es cero, tendríamos que deducir que: o "p" no es cero, por lo que su velocidad no podría ser cero; o su masa no podría ser cero.

Saludos

[joseluis7696]

me parece que E= 1/2 mv^2 no es una energía potencial si no la energía cinética de un cuerpo de masa "m" y velocidad "v"
Y el lio que se hacía el profe de Baldo es un buen ejemplo de porqué afirmo que usar analogías entre el mundo de la materia y el del electromagnetismo y la mecánica cuántica no es tan buena idea.

[joseluis7696]

Y un estruendoso UFFFFFFFF! Al menos por mi parte. No va contra nadie, pero ya parece una disquisión bizantina.

El fotón no es una bolita muy pequeñita que va más o menos rápido y es más o menos masiva.

Es un cuanto de radiación electromagnética, definido así por la mecánica cuántica, no tiene masa por definición y discutir sobre esto es como hacerlo sobre el sexo de los ángeles.

Lo que sería seguramente más divertido.

Por mi parte dejo ya el hilo.

[baldo]

me parece que E= 1/2 mv^2 no es una energía potencial si no la energía cinética de un cuerpo de masa "m" y velocidad "v"
Y el lio que se hacía el profe de Baldo es un buen ejemplo de porqué afirmo que usar analogías entre el mundo de la materia y el del electromagnetismo y la mecánica cuántica no es tan buena idea.

SI, ciertamente, que lapsus, que mal quede, en esto toda la razon.

[baldo]

y ahora me viene a la memoria, de aquellos dias anti relativistas.
haber leido un tio que decia, que la curvatura de la luz por el sol, observable en eclipses, que hay quien dice que es por la alteracion espacio temporal devida a la gravedad solar, y bla bal bla, (no me creo na),,, pero aquel tio, aseguraba que igualmente podia deberse a la "masa" de la luz. (que tampoco creo) y que ambos efectos eran INDISTINGUIBLES.

por mi parte ya sabeis, creo que la curvatura se debe a la atmosfera.
como la terrestre altera la posicion aparente, ya corregida por Tico Brae,,,
igualmente se reconoce atmosfera en satelitillos, al eclipsar esto alguna estrella, momento en que se ve un flas de luz, al actuar como lente.