Los fotones

Respuesta de
miguelgc
a
Usuario
Estimado Experto:
Mi pregunta es acerca de una duda que siempre tuve y nunca resolví:

Los fotones, ¿tienen masa o no?

Saludos cordiales
Experto
No tienen masa. Por la teoría de la relatividad, cualquier cosa con masa nunca puede viajar a la velocidad de la luz en el vacío. Se sabe que conforme un cuerpo aumenta su velocidad, también aumenta su masa. En el límite, a la velocidad de la luz en el vacío, adquiriría masa infinita, lo cual es imposible. Por tanto, como los fotones son partículas de luz, no pueden tener masa.
Usuario
Estimado experto:

Mi duda era por la fórmula de la energía e=mc^2
Yo creía que si hay energía, esta puede ser masa y viceversa.
Me surge otra duda:
¿Cómo calculo la energía del fotón a partir de esta fórmula entonces?
Porque de aquí surge que, si la masa es cero, la energía del fotón también es cero, lo cual también es imposible.
¿Qué hay de la teroia cuántica?
En ella no se expresa ni siquiera la posibilidad de que esta partícula tenga una masa al menos infinitesima, incalculablemente pequeña, ¿de manera de que la velocidad de la luz sea constante?

¿No habla la teoría cuántica de cuantos de masa y cuantos de energía?
Si por ejemplo un proton se desintegrara, en quarks, y estos también se desintegraran, ¿el final de la desintegración no serian fotones?

Pido disculpas por ser ignorante en el tema, quizás solo te este molestando con una cuestión que esta en los libros de texto...

Recibe un cordial saludo y espero tu respuesta

Tony
Experto
La masa es una forma de energía, pero no la única forma. Los fotones poseen energía, no porque tengan masa, sino porque son partículas que vibran con una frecuencia determinada. (Recuerda que una partícula en movimiento posee energía debida a su propio movimiento, es la energía cinética).
Cuanto mayor la frecuencia del fotón, más rápido vibran y más energía poseen. El ser humano aprecia las diferentes frecuencias de los fotones en forma de colores.
Matemáticamente se dice que la energía de un fotón es E=hf, donde h es la constante de Planck (un número fijo) y f es la frecuencia.
Como bien dices, un protón puede convertirse en fotones. Eso se debe a que un tipo de energía (en este caso la masa del protón) puede transformarse en otro tipo de energía (radiante del fotón). Ese es el principio de transformación de la energía, tan importante en física.
Espero haberte ayudado. Recibe un saludo. ;-))
Usuario
Si un proton puede descomponerse en fotones, transformando su energía:
¿El cuántos fotones?
¿Infinitos?
La primera ley de la termodinámica (el principio de transformación de la energía que tu mencionas) entonces me garantiza que si tomo infinitos fotones podría construir un proton o cualquier otra partícula.
Pero me temo que este proceso sea imposible, por la segunda ley de la termodinámica. Así, la masa del proton se transforma en energía, que a su vez no se puede volver a transformar en masa, sino cuando tomo sol yo mismo seria más pesado. El problema que veo es el siguiente: ¿A dónde fue a parar la masa del proton? Se transformo en energía, ¿no?
¿Cómo? ¿Se dividió en cuantos de energía?
Yo creo que hablar de masa y energía no tiene sentido, es lo mismo, pero en diferentes estados...
Por eso insisto, EL FOTÓN TIENE MASA INFINITESIMA, una masa equivalente a un cuanto de energía. La desintegración que tu mencionas lo prueba.

¿Soy muy cabezadura?
Es que sigo con la duda, no estoy convencido del todo

Gracias por tu paciencia

Recibe un cordial saludo

Experto
En primer lugar, si toda la masa de un protón se transforma en energía, se obtiene una cantidad limitada (no infinita) de energía. Por tanto, no se pueden obtener infinitos fotones de luz, pues la energía de infinitos fotones será infinita también.
En segundo lugar, ya se ha conseguido "construir" materia (desde luego, partículas muy pequeñas) a partir de la energía de los fotones. Luego el 2º principio de la termo no prohíbe el proceso que tú dices. Por cierto, cuando tomas el sol, la energía de los fotones se invierte en otros procesos (ponerte moreno, elevar la temperatura corporal, sudar, etc, que también consume energía) y no se transforma en materia. Desde luego, obtener materia a partir de la luz es un proceso muy difícil que se da en ciertas condiciones extremas (acelerador de partículas, estrellas, etc) no al tomar el sol.
Y sigo insistiendo que el fotón no tiene masa. La energía de la desintegración del protón se ha convertido íntegramente en movimiento (frecuencia) de los fotones. Además, la teoría de la relatividad de Einstein prohíbe que el fotón tenga masa. Y por último. Se ha comprobado experimentalmente que el fotón carece de masa.
De todas formas, si el fotón tuviera masa ¿cómo es que el Sol puede durar 10000 millones de años, con la cantidad de fotones que envía al espacio?
Espero que no sea la última pregunta si no lo tienes claro.Un saludo. ;-))