Cuando lo escuchas por primera vez, la idea de que la luz podría tener masa puede parecer ridícula, pero si no tiene masa, ¿por qué la gravedad afecta la luz? ¿Cómo podría decirse que algo sin masa tiene impulso? Estos dos hechos sobre la luz y las "partículas de luz" llamadas fotones pueden hacer que pienses dos veces. Es verdad que los fotones no tienen masa inercial o masa relativista, pero la historia es más que solo esa respuesta básica.

TL; DR (Demasiado tiempo; No leyó)

Los fotones no tienen masa inercial ni masa relativista. Los experimentos han demostrado que los fotones sí tienen impulso, sin embargo. La relatividad especial explica este efecto teóricamente.

La gravedad afecta a los fotones de una manera similar a cómo afecta la materia. La teoría de la gravedad de Newton prohibiría esto, pero los resultados experimentales que lo confirman suman un fuerte apoyo a la teoría de la relatividad general de Einstein.

Los fotones no tienen masa inercial ni masa relativista

La masa inercial es la masa como definido por la segunda ley de Newton: a
= F
/ m
. Puedes pensar en esto como la resistencia del objeto a la aceleración cuando se aplica una fuerza. Los fotones no tienen esa resistencia y viajan a la velocidad más rápida posible a través del espacio: unos 300,000 kilómetros por segundo.

Según la teoría de la relatividad especial de Einstein, cualquier objeto con masa en reposo gana masa relativista a medida que aumenta en momento, y si algo llegara a la velocidad de la luz, tendría una masa infinita. Entonces, ¿los fotones tienen masa infinita porque viajan a la velocidad de la luz? Como nunca descansan, tiene sentido que no se pueda considerar que tienen masa de descanso. Sin una masa en reposo, no se puede aumentar como otras masas relativistas, y esta es la razón por la cual la luz es capaz de viajar tan rápido.

Esto produce un conjunto consistente de leyes físicas que concuerdan con los experimentos, por lo que los fotones tienen no hay masa relativista ni masa inercial.

Los fotones tienen momento

La ecuación p
= mv
define el momento clásico, donde p
es impulso, m
es masivo y v
es velocidad. Esto lleva a la suposición de que los fotones no pueden tener impulso porque no tienen masa. Sin embargo, los resultados, como los famosos experimentos de Dispersión de Compton, muestran que sí tienen impulso, por más confuso que parezca. Si disparas fotones a un electrón, se dispersan desde los electrones y pierden energía de una manera consistente con la conservación del momento. Esta fue una de las piezas de evidencia clave que los científicos utilizaron para resolver la disputa sobre si la luz se comportaba como una partícula así como una ola a veces.

La expresión de energía general de Einstein ofrece una explicación teórica de por qué esto es cierto:

E

<sup>2

p 2 c
2 + m
_{rest 2 c
2}</sup>

En esta ecuación, c
representa la velocidad de la luz y m
_{el resto es la masa en reposo. Sin embargo, los fotones no tienen masa en reposo. Esto reescribe la ecuación como:}

E

<sup>2

= p
< sup> 2 c
2</sup>

O, más simplemente:

p

= E
/ c

Esto muestra que los fotones de mayor energía tienen más ímpetu, como era de esperar.

La luz se ve afectada por la gravedad

Gravedad altera el curso de la luz de la misma manera que altera el curso de la materia ordinaria. En la teoría de la gravedad de Newton, la fuerza solo afectó a las cosas con masa inercial, pero la relatividad general es diferente. La materia deforma el espacio-tiempo, lo que significa que las cosas que viajan en línea recta toman diferentes caminos en presencia del espacio-tiempo curvo. Esto afecta la materia, pero también afecta a los fotones. Cuando los científicos observaron este efecto, se convirtió en una pieza clave de evidencia de que la teoría de Einstein era correcta.