Masa de un fotón

[JLE]

Hola, tengo un planteamiento algo herético.
Teóricamente un fotón no tiene masa, pero dado que se conocen su velocidad (c) y su energía (1 eV), su masa podría calcularse como m = E / c2.
El resultado sería pues 1 eV/c2, unas 500.000 veces más pequeño que un electrón 0,5 MeV/c2.

[sater]

Buenas. La ecuación $E=mc^2$ está algo mal entendida. Se debería escribir más bien $E_0=mc^2$, entendiéndose que si algo está en reposo tiene una energía $E_0$ asociada a su masa (o lo que es lo mismo, masa y energía en reposo son intercambiables o lo que también es lo mismo, una partícula con masa $m$ tiene asociada una energía $E_0$ por el mero hecho de existir, sin que se esté moviendo para tener una energía cinética extra, lo que en mecánica clásica no pasaba). Pero la ecuación completa es $E=\sqrt{m^2c^4+p^2c^2}$, y para los objetos sin masa (como los fotones) se reduce a $E=pc$. Los objetos sin masa no tienen asociada energía en reposo porque no pueden estar en reposo.

Todo esto es tema de notación (por aquí tienes una entrada donde se explica). Muchos libros hablan de masa variable con la velocidad. Pero hay notaciones mejores y peores, y que la masa dependa de la velocidad lleva a problemas conceptuales en los que es mejor no meterse. La masa es invariante (todos los observadores miden la misma), mientras que la energía y el momento no.

Un saludo.

[JLE]

Muchas gracias por la explicación, pero incluso si se reduce la ecuación a E = pc , como el momento del fotón es mc, nos daría de nuevo E = mc2 ¿no?

[Livilro]

Perdona la duda Sater, se que es algo básico de tener claro pero.... tenía esta dudilla desde hace tiempo.
Entiendo las ecuaciones pero algunas interpretaciones me cuesta mas meterme en ellas que en otras.


¿ La masa es invariante (que no la energía) pero aún así masa y energía son equivalentes ?

Gracias y saludos

[Richard R Richard]

El tema ha sido tratado muchas veces en el foro, recuerdo estos hilos
https://forum.lawebdefisica.com/foru...-no-tiene-masa


Y últimamente por aquí

https://forum.lawebdefisica.com/foru...y-energ%C3%ADa

[Livilro]

El primer hilo no la habia visto antes,
eso buscaba, gracias Richard.

[JLE]

Gracias por la referencia a los hilos.

Observo que a pesar de todas las justificaciones teóricas al respecto, el Particle Data Group (PDG) asigna al fotón una masa de m < 1 × 10−18 eV (100 veces menos de lo que yo estimaba).

Sigo pensando que si los fotones tuvieran masa, esto explicaría mucho mejor el hecho de que la luz se desvíe con la gravedad o que quede atrapada en un agujero negro sin tener que curvar el espacio tiempo.

[Alriga]

Hola JLE bienvenido a La web de Física, como miembro reciente lee con atención Consejos para conseguir ayuda de forma efectiva

Dice JLE : "Observo que a pesar de todas las justificaciones teóricas al respecto, el Particle Data Group (PDG) asigna al fotón una masa de m < 1 × 10−18 eV"

No, eso no es "la masa del fotón asignada por el PDG", eso en todo caso será alguna cota experimental (masa máxima posible según algun determinado experimento). La masa del fotón según la Física actual es cero, pero no podemos determinar experimentalmente que la masa sea exactamente cero, porque eso requeriría una precisión infinita en el instrumento de medida.

Fíjate en detalle en el pdf adjunto del PDG del que tú hablas, como ves da una lista de masas máximas experimentales según diferentes experimentos realizados por físicos como Ryutov, Bonetti, Retino, Egorov, Accioly,...el enlace es: $\boldsymbol{\gamma}$ mass

Mira este hilo en el que se trató el tema de la masa del fotón y la del gravitón (ambas teóricamente nulas) y sus cotas experimentales: Masa del gravitón

Saludos y de nuevo bienvenido.

[JLE]

Gracias por la explicación, Alriga.

[sater]

JLE dice "Muchas gracias por la explicación, pero incluso si se reduce la ecuación a E = pc , como el momento del fotón es mc, nos daría de nuevo E = mc2 ¿no?"

Es que de nuevo, es un error que el momento del fotón sea $mc$, pues no tiene masa. El momento de un fotón es $p=E/c$, y ya si usas que para un fotón la energía es $E=hf$ entonces queda $p=hf/c$. Pero $f/c=\lambda$ luego $p=h/\lambda$, como Dios De Broglie manda.

Un saludo.