Hace poco estuve hablando sobre el concepto de masa y, en resumidas cuentas, en la entrada llegaba a la conclusión de que la masa no es más que una manifestación de los diferentes tipos de energía que componen un objeto. Dicho de otra manera, en el nivel más fundamental, las cosas están compuestas por distintos tipos de energía y la masa es un concepto que simplemente cuantifica la resistencia al movimiento que ofrece un montón de energía concreto… O su inercia, vaya.
Pero, después de leer la entrada, a algunos lectores les surgió una duda: si, por un lado, la masa es un reflejo de la cantidad de energía que contiene un objeto y, por el otro, la luz tiene energía… Entonces, ¿por qué la luz no tiene masa?
Por tanto, quería aprovechar esta pregunta para inaugurar una nueva sección de artículos más cortos (con los que pretendo actualizar el blog más a menudo) y, de paso, aclarar la confusión.
En primer lugar, aunque es cierto que la luz tiene energía, las partículas que la componen, los fotones, no tienen masa en reposo.
Ya empezamos con los términos raros innecesarios…
Para nada, voz cursiva, la masa en reposo es precisamente la magnitud a la que nos referimos cuando hablamos de masa. Dicho de otra manera, la masa en reposo de un objeto es un reflejo de la energía que tiene asociada cuando está quieto, por el mero hecho de existir y de estar compuesto por una cantidad determinada de materia. Esta energía proviene tanto de la energía cinética de las partículas que contiene como de su interacción con el llamado campo de Higgs, y se manifiesta dándole inercia y, por tanto, masa, al objeto.
Pero, claro, los fotones no interaccionan con el campo de Higgs ni tampoco pueden estar en reposo, porque siempre se desplazan a la velocidad de la luz, así que la luz no tiene ningún tipo de masa en reposo… Y, como son dos conceptos equivalentes, por eso se dice que la luz no tiene masa.
Ahora bien, eso no significa que la luz no pueda tener energía. Para saber de dónde viene la energía de la luz, tendremos que fijarnos en la ecuación completa de Einstein que vimos en esta otra entrada:
Como podéis ver, la energía total de un objeto es la suma de otros dos tipos de energía distintos: su energía en reposo (que está asociada a su masa en reposo) y su energía cinética, derivada de su movimiento.
Hablemos ahora de este segundo tipo de energía.
Como ya vimos en esta otra entrada, la masa de un objeto aumenta con la velocidad, en el sentido de que, cuanto más deprisa se mueve, más aumenta su inercia y más cuesta acelerarlo hasta una velocidad aún mayor. Esto ocurre porque el momento del objeto crece a medida que acelera (el momento no es más que el producto de su masa en reposo multiplicado por la velocidad a la que se desplaza) y, a su vez, como se puede ver en el último término de la ecuación anterior, ese incremento del momento provoca un aumento de la energía cinética. Por tanto, a medida que un objeto gana velocidad, también aumenta su energía y, por tanto, su inercia (o su masa).
A esa inercia asociada al movimiento de un objeto se le suele llamar masa relativista. Pero, ojo, que este término puede dar lugar a confusiones: aunque contenga la palabra «masa», no representa ningún tipo de masa «real». En realidad, la masa relativista no es una propiedad intrínseca de un objeto, como la masa en reposo, sino que sólo refleja cuánto cambia su inercia en función de la velocidad a la que se desplaza.
Además, este aumento de masa debido a la velocidad no es perceptible en nuestra vida diaria porque sólo se manifiesta a velocidades cercanas a la de la luz (300.000 km/s). Por tanto, en nuestro día a día tan sólo experimentamos la masa en reposo de los objetos que nos rodean… Que es otro de los motivos por los que a la masa en reposo le llamamos simplemente masa.
Pero, ojo, porque, aunque la luz no tenga masa (en reposo), sí que tiene cierto momento que le otorga energía cinética. Por tanto, aunque la luz no reciba ninguna aportación de energía de su masa en reposo, sí que tiene una energía cinética asociada a su movimiento.
¡Pero si acabas de decir que la luz no tiene masa en reposo! ¿Entonces cómo va a tener momento, que precisamente es el producto de la masa en reposo por la velocidad?
Buen apunte, voz cursiva. A diferencia de otras partículas, el momento de la luz no depende de su masa y de su velocidad, sino de su frecuencia y de la llamada constante de Planck. Multiplicando estos dos parámetros por la velocidad de la luz, obtenemos la energía cinética de un rayo de luz… O, simplemente, su energía, porque es la única que tiene.
O sea, que, en resumidas cuentas, la energía de la luz proviene de su momento (y viceversa), no de su masa. Y, de hecho, esa energía derivada de su momento le da una ligera inercia a la luz (aunque no esté asociada a ninguna masa en reposo), lo que explica por qué es capaz de ejercer un empuje minúsculo sobre las cosas.
Espero que esta breve entrada haya resuelto la duda.
25 comentarios
entonces un electrón por ejemplo que emite fotones cuando desacelera no pierde masa , lo que pierde es energía y ella se expresa en ondas del espectro electromagnético , y la longitud y frecuencia de estas dependerá de la energía cinética que portaba esta partícula antes de desacelerar .
Para un electrón no hay diferencia entre energía y masa en reposo, las cuales son eqivalentes por la ecuacion E = m**2.
tu dices que la partícula recibe la masa del campo de Higgs , pero esta partícula existía o no antes de recibir la masa ? es posible la existencia de un quark por ejemplo previo a interaccionar con el campo de Higgs? me refiero a que estas partículas fundamentales tienen aparte de masa : carga, spín, color, sabor , paridad etc etc dependiendo de la partícula eso sí tendrán uno u otro de estos atributos por decirlo de una forma ….. gracias por todo y principalmente por tu paciencia con aquellos que somos legos en estas materias , pero que igual disfrutamos de tu forma de explicar lo que para uno es tan complejo .
Hasta donde yo se el campo de Higgs permea todo el espacio tiempo por lo que no es posible la existencia de una particula que «entre» en el campo de Higgs desde una zona «no campo de Higgs».
Buen trabajo, con articulos como este, dan ganas de seguir leyendo más sobre el tema.
Leí esto por ahí con respecto a la acción de los fotones con objetos macro .. «El efecto Yarkovsky modifica las órbitas de objetos pequeños del Sistema Solar como resultado del modo en que éstos absorben la radiación del Sol en una de sus caras y lo reirradian mientras rotan. Esto produce un ligero desequilibrio que, lentamente, con el paso del tiempo, altera la trayectoria del objeto. Se estudia principalmente en relación con meteoroides y asteroides de pequeño tamaño (de 10 cm a 10 km de diámetro), puesto que su influencia es muy significativa para dichos cuerpos».
esta reirradiación de fotones vendría siendo como la reacción (del principio de acción y reacción) he leído que se busca utilizarla para impulsar cohetes . y de esta forma se explica que la radiación electromagnética aunque no tenga masa puede mover objetos desde un electrón a un pequeño asteroide .
Hola.
Si masa se manifiesta por la interacción de partículas con el campo de Higgs ¿como es posible que La Luz se desvie por la accion de la gravedad si no tiene masa?
Ejemplos los agujeros negro no escapa La Luz y las lentes gravitacionales son posibles gracias a la curvatura de los haces de Luz por efecto de cuerpos extraordinariamente densos.
Muchas gracias
Eso es porque, supuestamente, un campo de gravedad deforma el espacio que hay a su alrededor hundiéndolo hacia si.
Digamos que la luz va en línea recta pero «el terreno» es curvo.
La relatividad explica eso como una deformación del espacio-tiempo que hace que todo (incluido la luz) se desvíe o curve hacia ese objeto masivo.
Yo recuerdo que en el colegio nos daban la definición de masa como «La cantidad de materia que contiene un cuerpo» y lo veo lógico pero ahora la definición de masa como «Una manifestación de los diferentes tipos de energía que componen un objeto» me deja descolocado completamente.
Una pregunta. Dices que la masa relativista no representa ningún tipo de masa real sino que refleja cuánto cambia su inercia en función de la velocidad a la que se desplaza. Entonces un objeto que viaje a velocidades muy altas no aumenta su «masa»? es decir, que no pasaría, por ejemplo, de tener una mas de 20 kg a 100 kg; sino que es representa la variación de energía que hay que efectuar sobre el cuerpo para poder acelerarlo, no? Estoy un poco confuso con esto, gracias.
Imagina el simil con una bala de cañón.
Disparan una bala de cañón de 10kg contra ti y decides pararla con la mano. Las consecuencias son evidentes dado que la bala te golpea con una fuerza igual a su masa en reposo multiplicada por su aceleración respecto a ti (F=m*a). Su masa en reposo es muy inferior a la tuya, pero su aceleración respecto a tí que estás en reposo es brutal. Ahora imagina que disparan la misma bala pero esta vez tu vas en una moto junto a la bala y a su misma velocidad, podrías desplazar su trayectoria con un pequeño empujón, dado que para tu sistema inercial de referencia la bala está parada. Piensa que esa misma bala sobre el suelo te parece quieta aunque en realidad está sujeta al movimiento de la rotación terrestre, al de su traslación, al del movimiento del sol por la galaxia y al movimiento de ésta por el universo. Si sumas te salen muchos kilómetros por segundo. Sin embargo para tí la bala está perfectamente quieta en el suelo y su inercia (o masa) es muy pequeña.
Por tanto la bala en ninguno de los anteriores supuestos aumenta o disminuye su masa (en el sentido tradicional), pero sí ofrece distintas resistencias a cambiar su estado de reposo o movimiento (inercia). Quizá si hablásemos de inercia en de masa todo estaría más claro.
Hola y gracias.
Con este tema, y por más artículo que lea, nunca entenderé como los agujeros negros absorben incluso la luz. Si no tienen masa, ¿como impiden su escape? Si la tiene, como indicas, ¿como alcanzan la velocidad de la luz si se necesitaría energía infinita para acelerar objetos con masa?
Adicionalmente, otra gran duda general que me surgió respecto a agujeros negros es como, si absorben materia/energía, la cantidad total en el universo no disminuye. A fin de cuentas, se supone que no se puede crear ni destruir, solo transformarse.
La luz se propaga en línea recta por el espacio. Los objetos con masa deforman ese espacio curvándolo de modo que ahora esa línea recta se curva. Imagina un atleta que debe correr los 800 metros lisos. Podría salir a la calle y simplemente correr en línea recta hasta completar los 800 m. Pero si lo hace en un estadio debe trazar la curva de la pista, para él su línea recta (la distancia más corta entre dos puntos) ahora es una curva pues dado que no debe salir de la pista es como si el resto del espacio no existiera (sería descalificado si saliera de la pista).
Pues bien, un agujero negro es capaz de curvar infinitamente el espacio tiempo por lo cual la luz se queda atrapada dentro sin tener salida ninguna.
Soy un aficionado de La Ciencia y a pesar de no tener estudios profundos de la Física, he comprendido muy la explicación sobre la masa y momento en relación con los objetos en reposo y la luz con su movimiento infinito. Pregunta: habría estado alguna vez la Luz en estado de quietud o reposo?
Me da la impresión de que algunas de las fórmulas tendrías que repasarlas, han desaparecido cuadrados en varias de ellas
por lo demás, chapeau
Gracias por el artículo
Siendo un tanto antagónico en mi duda, si la luz no tiene masa cómo se ha explicado y tomando como ejemplo una de las primeras leyes de la física que dice que dos objetos no pueden ocupar el mismo espacio en el mismo tiempo, la luz tendría masa al no poder ocupar el espacio físico o la masa de una pared o de otro objeto sólido. Es una inquietud al respecto. O la situacion de los rayos X que están en otro espectro donde su atraviesan sólidos de distintas densidades. O sea que un espectro si atraviesa y otro no o que uno tiene masa y el otro no o en apariencia.
Los fotones son de ese tipo de partículas que no cumplen el principio de exclusión de Pauli, que más o menos viene a decir que dos partículas no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo. Vamos que en mi sofá me sentaré yo u otra persona, pero no dos a la vez. Otras como los protones o los electrones sí lo cumplen, por lo que ninguna partícula puede ocupar su espacio al mismo tiempo. Por eso los fotones pueden chocar con ellos y afectarles. La aplicación práctica es que podemos agrupar fotones en el mismo estado cuántico (o sea, meterlos a la vez en el mismo sitio) para crear láseres.
La razón por la que los rayos X atraviesen objetos que la luz visible no puede reside en que al ser su longitud de onda mucho más corta pueden sortear con mayor facilidad los átomos de los objetos menos densos.
👌
¿La luz no tiene masa? Por eso no es capaz de escapar de un agujero negro.
En esta vida todo tiene masa nada escapa a la gran fuerza de la gravedad.
¿Pero que es la gravedad?
Con respecto a tu pregunta sobre que es la gravedad.
En si no es más que la consecuencia de la deformación del espacio-tiempo causado por los objetos con masa. Por eso cuando más masa tiene un objeto más fuerte es su gravedad.
Y alguno me puede esplicar que pasa cuando un foton está quieto o parado totalmente en el laboratorio, tiene masa estando quieto?
Y entonces, si la luz no tiene masa, ¿Por qué los agujeros negros no dejan pasar la luz, si supuestamente la gravedad solamente influye en lo que tiene masa y los agujeros negros no dejan pasar la luz por la gravedad?
Veo muchos comentarios haciéndose la misma pregunta «pq la luz es atraída por un agujero negro?». Eso quiere decir que no se entiende algo básico de la TGR: la gravedad no es una fuerza, es una deformación geométrica del espacio. Ni la luz ni ningún objeto con masa es atraído intrínsecamente por una «fuerza de gravedad». Supongamos el caso ideal: Un objeto se mueve en línea recta con rapidez constante por una carretera, al enfrentar una curva mantiene la misma rapidez pero producto de la inercia se siente una «fuerza» debido a que el vector velocidad cambia su dirección, asociada a una aceleración. En conclusión la «fuerza de gravedad» es en realidad una fuerza ficticia, algo ya definido dentro de la física clásica.