Energía y Momento Relativistas
En la relatividad especial, la energía y el momento se combinan en un único cuadrivector cuya longitud invariante es la masa en reposo, lo que da lugar a la famosa relación E = mc^2 y a una cantidad conservada para todos los procesos de alta velocidad.
Definition
La energía y el momento relativistas son los componentes temporales y espaciales del cuadrivector energía-momento p = (E/c, p), cuyo total conservado rige la dinámica de las partículas y cuya magnitud invariante es igual a la masa en reposo multiplicada por c.
Scope
Este tema abarca las definiciones relativistas de momento y energía, el cuadrivector energía-momento, la relación invariante E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2, la energía en reposo y la equivalencia masa-energía, el comportamiento de partículas sin masa como los fotones, y la conservación del cuadrimomento en colisiones, desintegraciones y reacciones.
Core questions
- ¿Cómo deben redefinirse el momento y la energía para que las leyes de conservación se mantengan en todo marco inercial?
- ¿Qué significa E = mc^2 para un cuerpo en reposo y cómo la energía se suma a la masa?
- ¿Cómo pueden las partículas sin masa como los fotones transportar momento y energía?
Key concepts
- Momento relativista
- Energía en reposo y masa en reposo
- Cuadrivector energía-momento
- Invariante E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2
- Partículas sin masa
- Conservación del cuadrimomento
Key theories
- Cuadrivector energía-momento
- La energía y el momento son los componentes de un único cuadrivector que se transforma mediante la transformación de Lorentz, de modo que el cuadrimomento total se conserva en todos los marcos y su magnitud invariante es la masa en reposo.
- Equivalencia masa-energía
- Un cuerpo en reposo posee energía en reposo E = mc^2, y cualquier cambio en su energía interna cambia su masa correspondientemente, de modo que la masa es una forma de energía y ambas son interconvertibles en procesos nucleares y de partículas.
Clinical relevance
La equivalencia masa-energía subyace a la liberación de energía de la fisión y fusión nuclear, la creación y aniquilación de pares partícula-antipartícula en colisionadores y en imágenes PET, y la contabilidad de la energía de enlace que explica por qué brillan las estrellas y por qué algunos núcleos son estables.
History
El breve artículo de seguimiento de Einstein de 1905 dedujo que un cuerpo que emite energía pierde masa, dando lugar a la equivalencia masa-energía; la relación fue perfeccionada por Planck y otros y confirmada decisivamente por la física nuclear en la década de 1930, donde las energías de enlace medidas coincidían con los defectos de masa.
Key figures
- Albert Einstein
- Max Planck
- Gilbert N. Lewis
Related topics
Seminal works
- einstein1905b
- rindler2006
Frequently asked questions
- ¿Aumenta la masa de un objeto a medida que acelera?
- El uso moderno mantiene la masa como la masa en reposo invariante y atribuye el crecimiento de la inercia a alta velocidad al aumento de la energía y el momento relativistas; el lenguaje más antiguo de 'masa relativista' describe la misma física, pero ahora generalmente se evita.
- ¿Cómo puede un fotón tener momento si no tiene masa?
- La relación invariante E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2 se reduce para una partícula sin masa a E = pc, por lo que un fotón transporta momento proporcional a su energía, lo que hace posible la presión de radiación y la dispersión Compton.