Pregunta:
¿Por qué aumenta la masa (relativista) de un objeto cuando su velocidad se acerca a la de la luz?
Kit
2010-12-06 20:19:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Estoy leyendo Nano: The Essentials de T. Pradeep y encontré esta declaración en la sección que explica los conceptos básicos de la microscopía electrónica de barrido.

Sin embargo, la ecuación se rompe cuando la velocidad del electrón se acerca a la velocidad de la luz a medida que aumenta la masa. A tales velocidades, es necesario hacer una corrección relativista a la masa para que se convierta en [...]

Todos conocemos la famosa teoría de la relatividad, pero no pude Todavía no entiendo el "por qué" de sus conceptos. Esto podría arrojar nueva luz sobre lo que ya sé sobre la desaceleración del tiempo para mí si me muevo más rápido.

¿Por qué la masa (relativista) de un objeto aumenta cuando su velocidad se acerca a la de la luz?

Trece respuestas:
Igor Ivanov
2010-12-07 01:40:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La masa (la masa verdadera con la que los físicos tratan realmente cuando calculan algo sobre partículas relativistas) no cambia con la velocidad . La masa (¡la verdadera masa!) Es una propiedad intrínseca de un cuerpo y no depende del marco de referencia del observador. Sugiero encarecidamente leer este popular artículo de Lev Okun, donde llama al concepto de masa relativista un "virus pedagógico".

Lo que realmente cambia a velocidades relativistas es el ley dinámica que relaciona la cantidad de movimiento y la energía dependen de la velocidad (que ya fue escrita). Déjeme ponerlo de esta manera: ¡tratar de atribuir la modificación de la ley dinámica a una masa cambiante es lo mismo que tratar de explicar la geometría no euclidiana redefiniendo $ \ pi $!

¡La razón por la que esta ley cambia es la pregunta correcta, y se discute en las respuestas aquí.

Esta es la respuesta correcta.
@Killercam, sí. +1 para Okun
Esto no responde a la pregunta. Solo aconseja al OP que haga la pregunta en un idioma diferente.
@Ben No se trata de hacer la misma pregunta en un idioma diferente.Supongamos que pregunto 'por qué la luna está hecha de queso azul'.La pregunta tal como se dijo no tiene sentido físico.Si cambia el idioma para que tenga sentido, se convierte en una pregunta diferente.
Sí, sería una tontería intentar explicar la geometría no euclidiana redefiniendo pi factorial.
@kingfrito_5005 $ \ pi!\ approx $ 7.188082728976032702082194345124758718559301763968437162 ... :)
En efecto.Para agregar una nota histórica, la terminología ha cambiado con el tiempo."Masa" solía significar $ \ gamma m $, ahora significa $ m $.Este es un cambio de convención, no de física.
kennytm
2010-12-06 22:45:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

El texto relevante completo en el libro es

La ecuación de onda de De Broglie relaciona la velocidad del electrón con su longitud de onda, $ \ lambda = h / mv $ ... Sin embargo, la ecuación se rompe cuando la velocidad del electrón se acerca a la velocidad de la luz a medida que aumenta la masa. ...

En realidad, la longitud de onda de Broglie debería ser $$ \ lambda = \ frac hp, $$ donde $ p $ es el impulso. Mientras que $ p = mv $ en la mecánica clásica, en la relatividad especial la relación real es $$ \ mathbf p = \ gamma m \ mathbf v = \ frac {m \ mathbf v} {\ sqrt {1- \ frac {v ^ 2 } {c ^ 2}}} $$ donde $ m $ es la masa en reposo. Si aún necesitamos hacer que la ecuación $ p = mv $ sea correcta, introducimos el concepto de " masa relativista" $ M = \ gamma m $ que aumenta con $ v $.

Kostya
2010-12-06 21:48:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Hay un punto de vista, que bajo el término "la masa" uno debe significar "la masa en reposo ".

Desde ese punto de vista, obviamente no hay dependencia de la masa (en reposo) de la velocidad de un objeto. Y, por tanto, la masa de un objeto no aumenta cuando aumenta su velocidad.

La forma correcta (desde ese punto de vista) de hablar del fenómeno es decir que con aumento de la velocidad de un objeto necesitas cada vez más energía para que se mueva más rápido .

Por supuesto, no existe una controversia fundamental entre este punto de vista y el de muchos libros y artículos. Pero el uso del concepto de "masa relativista" complica mucho las cosas, incluso si se introdujo en busca de simplicidad.

El fenómeno del que estás hablando (uno en cursiva) es bastante similar a la definición de masa inercial. La masa inercial mide qué tan * difícil * es mover un objeto. Y es por eso que el concepto de masa relativista es útil. Es similar a la masa inercial. Por otro lado, la masa invariante es solo un número que caracteriza a la partícula pero no tiene nada que ver con la dinámica. Creo que distinguir correctamente entre varios conceptos de masas requiere algo de tiempo y pensamiento (y también existe la masa gravitacional y el principio de equivalencia relacionado, pero dejémoslo para otro momento).
La masa inercial mide qué tan difícil es mover un objeto. Si. Pero tenga en cuenta que puede cambiar la velocidad de un objeto en diferentes direcciones. Tenga en cuenta que tendrá que introducir "masas de inercia longitudinal" y "transversal". Apoyo a la gente, diciendo que hablar de "masa inercial" es una complicación excesiva que conduce a errores y "pantano terminológico".
Punto tomado Kostya. Estos últimos días se me ha mostrado una gran cantidad de evidencia de que cualquier concepto de masa diferente de la masa invariante es realmente demasiado complicado para que valga la pena siquiera hablar sobre él :-) Y realmente tengo que preguntarme por qué me presentaron a todos estos cosas cuando yo mismo estaba aprendiendo SR (de los libros y también en nuestro curso uni SR). Ahora parecen un equipaje innecesario. ¿Pero quizás todavía sea útil saber que existen estos conceptos? No estoy seguro.
Tuve la misma confusión acerca de este equipaje innecesario después de descubrir todo este lío. La persona que promueve el punto de vista de la "única masa de descanso" es Lev Okun. El gran, muy básico y gratuito libro sobre ese tema: "ENERGÍA Y MASA EN LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD" por Lev B Okun
Chiral Anomaly
2018-11-18 06:36:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

A veces, la misma palabra "masa" se usa con diferentes significados. Hay dos cantidades diferentes asociadas con la palabra "masa":

  • Una cantidad que los físicos normalmente llaman "masa", que es una propiedad intrínseca del objeto y no depende de la rapidez con que se mueva. Usaré el símbolo $ m $ para esta cantidad.

  • Un sinónimo de la energía del objeto $ E $ , pero expresado en unidades de masa como $ E / c ^ 2 $ . Esto a veces se denomina "masa relativista" del objeto y depende de la rapidez con que se mueve el objeto (porque la energía del objeto lo hace). Usaré el símbolo $ m_R $ para esta cantidad.

Ya estamos familiarizados con el hecho de que la energía cinética de un objeto es mayor cuando el objeto se mueve más rápido. "Masa relativista" es solo un sinónimo de la energía total del objeto, expresada en unidades de masa. Desde esta perspectiva, considere la pregunta nuevamente:

¿Por qué aumenta la masa (relativista) de un objeto cuando su velocidad se acerca a la de la luz?

Respuesta: Porque aumenta la energía del objeto. "Masa relativista" es solo un sinónimo de la energía del objeto, expresada en unidades de masa. ¿Por qué la gente empezó a usar el nombre de "masa relativista" para la energía del objeto? No lo sé. En mi experiencia, la mayoría de los físicos simplemente lo llaman energía.

Aquí hay algunas ecuaciones para ayudar a aclarar las cosas:

La energía $ E $ , momentum $ p $ , velocidad $ v $ y la masa $ m $ de un objeto están relacionados entre sí de acuerdo con estas ecuaciones: $$ E ^ 2 - (pc) ^ 2 = (mc ^ 2) ^ 2 \ hskip2cm v = \ frac {pc ^ 2} {E} $$ donde $ c $ es la velocidad de la luz. El $ m $ en la primera ecuación es lo que los físicos generalmente quieren decir cuando usan la palabra "masa". Es una propiedad intrínseca del objeto y no depende de la velocidad del objeto. La energía $ E $ y el momentum $ p $ del objeto dependen de la velocidad, y lo hacen en de tal manera que la combinación $ E ^ 2- (pc) ^ 2 $ no depende de la velocidad. Por eso esta combinación en particular es interesante, y por eso el $ m $ en el lado derecho de la ecuación merece un nombre especial: masa.

Para relacionar esto con la "masa relativista" $ m_R $ (que, de nuevo, no es utilizado por la mayoría de los físicos en mi experiencia), reorganice la segunda ecuación que se muestra arriba para obtener $$ p = \ frac {E} {c ^ 2} v. $$ Si usamos $ m_R $ como abreviatura de $ E / c ^ 2 $ , esto se convierte en $$ p = m_R v, $$ que se parece superficialmente a la aproximación de baja velocidad más familiar $ p = mv $ . Sin embargo, esta semejanza también es engañosa, porque la energía $ E $ (y por lo tanto $ m_R $ ) es una función de $ v $ . El impulso $ p $ es no realmente proporcional a la velocidad $ v $ , excepto aproximadamente cuando $ v \ ll c $ .

Me temo que tenemos que culpar a Einstein por la masa relativista.Antes de Einstein, la gente notó que sucede algo divertido con el impulso y la energía cinética de los electrones de alta velocidad.La relatividad especial resolvió el misterio a través de la masa relativista;La gente tardó algunas décadas en darse cuenta de que es mejor trabajar con masa invariante y que la masa relativista es más problemática de lo que vale.
sigoldberg1
2010-12-07 04:38:12 UTC
view on stackexchange narkive permalink

En relatividad especial, el invariante real es la magnitud de la covariante 4-vector del momento de energía $ (E_0 / c_0, p_x, p_y, p_z) $, no la masa aparente en sí. Consulte también la sección sobre "impulso en 4 dimensiones", aquí. La masa aparente en un marco en movimiento es solo una proyección.

Sklivvz
2010-12-06 20:44:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Básicamente, masa y energía son lo mismo. Son dos "puntos de vista" de la misma realidad.

Desde el "punto de vista" (marco inercial) de un electrón, su masa no aumenta, su velocidad es siempre cero.

Desde el "punto de vista" (marco inercial) de un observador estacionario, el electrón tiene una energía cinética muy alta (algunas en el término de masa y otras en el término de velocidad)

Desde el "punto de vista" (marco inercial) de un observador en movimiento, el electrón tiene una energía cinética diferente (algunos en el término de masa y otros en el término de velocidad)

Y así sucesivamente.

Sam Davies
2010-12-06 22:32:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Si desea ver intuitivamente por qué aumenta la masa, considere lo siguiente.

  • En primer lugar, nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz (esta es la premisa sobre la que Special La relatividad se basa)

  • En segundo lugar, aplicar una fuerza a un objeto aumentará su energía cinética (asumiendo que la fuerza actúa en la misma dirección que el movimiento del objeto)

Dado que la energía cinética $ KE $ = $ mv ^ 2/2 $, si $ v $ se limita a $ c $, entonces cuando $ v $ se acerca a $ c $ la única forma de $ KE $ para aumentar es que $ m $ aumenten.

Esta no es una respuesta completamente matemática, pero puede ayudarlo a intuir por qué aumenta la masa.

Nunca antes había escuchado que la relatividad especial se basa en la premisa de que nada puede moverse más rápido que la luz. El SR elemental suele decir 1) La velocidad de la luz es constante en todos los fotogramas. 2) Todas las leyes físicas son iguales en marcos inerciales.
@Mark: correcto. SR no dice tal cosa y de hecho admite la existencia de taquiones. Los sectores "más rápidos que la luz" y "más lentos que la luz" son obviamente duales entre sí y SR no distingue entre ellos en absoluto. La razón por la que no queremos taquiones es una suposición adicional de causalidad.
+1 @Sam, También estaba pensando en la misma línea que tú, relacionando masa con velocidad y energía.
Este argumento es incorrecto. La energía cinética relativista no es igual a $ (1/2) mv ^ 2 $, y no se acerca a un límite cuando $ v $ se acerca a $ c $.
Esto simplemente está mal.Básicamente, estar limitado ac no significa que deba presionar una ecuación que contenga c.Simplemente vaya ac y deténgase.En segundo lugar, c surgió como un límite, no se toma como un postulado.
Counsel Dew
2012-06-22 08:42:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Manteniéndolo simple (con un enlace):

Relatividad especial

"El aumento relativista de masa ocurre de una manera que hace que sea imposible acelerar un objeto a la velocidad de la luz: Cuanto más rápido ya es el objeto, más difícil se vuelve la aceleración adicional. Cuanto más cerca esté la velocidad del objeto de la velocidad de la luz, mayor será el aumento de la masa inercial; para alcanzar la velocidad de la luz exactamente se requeriría una fuerza infinitamente fuerte que actúe sobre el cuerpo. refuerza el límite de velocidad de la relatividad especial: ningún objeto material puede acelerarse a la velocidad de la luz.

El aumento de la masa inercial es parte de un fenómeno más general, la equivalencia relativista de masa y energía: si se agrega energía a un cuerpo, se aumenta automáticamente su masa; si se le quita energía, se disminuye su masa. En el caso de la aceleración, el objeto en cuestión gana energía cinética ("energía de movimiento"), y este aumento de energía significa automáticamente un aumento en masa ".

Consulte http: //www.einste in-online.info/elementary/specialRT/emc

Esto, para la mayoría, ayuda a aclarar las cosas sin agregar complejidad. Por supuesto, eres bienvenido a profundizar más.

Como mencionan muchos comentarios y respuestas en esta página, la masa relativista no se usa en los tratamientos modernos de la relatividad especial porque a menudo es incómodo trabajar con ella, confusa y potencialmente engañosa.
Saurabh Raje
2013-05-30 13:22:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La razón por la que tiene esta confusión es porque cree que la masa no debería cambiar. Como muchos han dicho anteriormente, y lo reiteraría, REST MASS es la propiedad que no cambia para ninguna partícula, nunca. Por ejemplo, la masa en reposo de un fotón es cero. Entonces, básicamente, cuando einstein propuso la famosa ecuación, $ E = M.C ^ 2 $, quiso decir muy claramente que la masa ES energía y la energía ES masa. ¡Son solo una y la misma cosa !.

Ahora, dígame, si la energía aumenta, ¿no aumentaría la masa? Y por qué no en la vida diaria, la respuesta es porque $ \ delta M = \ frac {\ delta E} {c ^ 2} $ ... y entonces, si tu energía cambia en una cantidad comparable a $ c ^ 2 $, solo entonces podrás observar un cambio en la masa.

Espero que te ayude ... si surgen más dudas, ¡comenta!

The_Sympathizer
2018-11-18 12:13:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Masa relativista, por definición , es la cantidad $ m_ \ mathrm {rel} (v): = \ gamma (v) \ m $ span>, donde $ m $ es la masa intrínseca o "en reposo".Matemáticamente, aumenta porque el factor de Lorentz $ \ gamma (v) $ aumenta al aumentar la velocidad $ v $ .

Sin embargo, una razón más física es que esta "masa relativista" es en realidad solo la energía total $ E_ \ mathrm {tot} $ span>, que consiste en la combinación de la energía en reposo y la energía cinética de un cuerpo material, interpretada en unidades de masa, por la relación de equivalencia masa-energía $ E = mc ^ 2 $ : $ m_ \ mathrm {rel} (v) = \ frac {E_ \ mathrm {tot} (v)} {c ^ 2} $ .Por lo tanto, se ve que aumenta porque los objetos que se mueven a velocidades más altas tienen más energía cinética y, por lo tanto, también energía total.

amsh
2013-05-08 22:19:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La masa del objeto cambia cuando su velocidad se acerca a cero porque según los postulados de la teoría de la relatividad de Einstein todas las leyes son iguales en todos los marcos inerciales y la velocidad de la luz permanece constante en el marco inercial en el vacío. Todos los conceptos de relatividad se basan en estos dos postulados. Como no se puede sumar ninguna velocidad a la velocidad de la luz, se derivan las ecuaciones de transformación de Lorentz y se utilizan estas variaciones de masa con relación de velocidad. Casi todos los conceptos de Física cambian a una velocidad comparada con la velocidad de la luz.

Se puede ver la derivación aquí

yyfyufyuf
2013-11-04 18:20:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Aquí hay mucha información errónea.

"La masa de un cuerpo no es constante; varía con los cambios en su energía".

[ Einstein, A. The Meaning of Relativity, Princeton University Press, 1988]

Véase también la Sección 10, Dynamics of the Slowly Accelerated Electron, del artículo 'On the Electrodynamics of Cuerpos en movimiento '[Einstein, A. Annalen der Physik, 17, 1905]. Consulte también la Sección 29, Fuerzas ponderomotrices. Dynamics of the electron, en el libro 'Theory of Relativity' [Pauli, W. Dover Publications Inc., 1981, (publicado por primera vez en 1921 en alemán, publicado por primera vez en inglés en 1958)]

Probablemente debería ser consciente de que la versión moderna de la relatividad * no * agrupa $ \ gamma $ con $ m $ y llama a $ \ gamma m $ "la masa relativista", sino que toma el cuadrado invariante de la energía-momento cuatro- vector (lo que en el lenguaje antiguo se habría llamado la "masa en reposo") para ser la definición de la (¡única!) masa del objeto. La matemática es la misma, pero (1) genera menos confusión y (2) el énfasis en las invariantes ayuda a facilitar los problemas.
@dmckee Personalmente siento que esa masa relativista confundió y frenó mi comprensión a lo largo de los años.Soy químico y siempre sentí que, además de los observables, la masa debería estar íntimamente relacionada con la constitución bariónica de un cuerpo.Sin embargo, o exactamente por eso, todavía tengo problemas para ver por qué m aumenta con T. Quizás el concepto de masa relativista sea útil para eso (en una vista microscópica) ...
@dmckee ..... no estoy seguro de poder transmitir claramente cuál es mi preocupación.No es muy fácil de formular... Traté de seguir los debates sobre la energía de masas y encontré INCLUSO tres cuatro escuelas de pensamiento.Convertible pero no igual / igual / no igual y no convertibles / .... Me perdí porque me encontré bien con múltiples pero diferentes lógicas principales.¿Puedes señalarme algo sobre esto?
Richard Preston
2013-11-04 22:24:58 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Si acepto que la masa verdadera es constante, entonces definir los aumentos a una masa dada es imposible (ver Newton) porque puedo sentarme y observarla para siempre en reposo o en movimiento: una masa dada es una masa dada, y una masa dada la cantidad no cambia, independientemente de la velocidad o la energía aplicada. Entonces, el efecto o efectos, ya sea de percepción o teóricos, que crean la ilusión de que la masa cambia, se describe mejor mediante una teoría más precisa que la planteada por Einstein o modificando a Einstein a un nivel más preciso.

En otra nota, la velocidad arbitraria de Einstein de la luz límite para la velocidad es similar al techo de la milla de 4 minutos. No hay pruebas de que exista tal límite. Hasta que superemos esta barrera arbitraria y expliquemos estos fenómenos de una manera más útil, nunca lograremos los viajes al espacio profundo.

Para hacer posible este viaje, debemos ir más allá de las partículas de masa hacia partículas sin masa que atraviesan fácilmente la barrera de luz. Pueden existir o no en este momento. En el futuro, estas partículas serán los componentes básicos y los portadores de la información necesaria para transferir vida a los planetas habitables de todo el universo. Por supuesto, su cuerpo no se iluminará, pero su conciencia actual y su secuencia de ADN podrían: Una rápida resurrección y usted es usted a tres galaxias de distancia.

Reconozco que no soy físico y soy un iconoclasta cuando se trata de aceptar dogmas. Para mí, convertir la percepción honesta en sopa teórica no te hace más informado sobre la verdadera naturaleza de la masa frente a la energía y la velocidad. Simplemente ha aprendido lo que alguien más aprendió y pensó que era cierto, es decir, la apelación a la autoridad que Einstein creyó y dijo, por lo tanto, es cierto.

"No hay pruebas de que exista tal límite".Hay toneladas de pruebas.Los [aceleradores de partículas] (https://en.m.wikipedia.org/wiki/Particle_accelerator) aceleran rutinariamente las partículas a velocidades superiores a 0,99c, pero nunca han logrado romper la barrera de la velocidad de la luz.


Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 2.0 bajo la que se distribuye.
Loading...