Equivalencia masa-energía
En física , la equivalencia masa-energía es la relación entre masa y energía en el sistema en reposo de un sistema , donde las dos cantidades difieren sólo por una constante multiplicativa y las unidades de medida. [1] [2] El principio se describe mediante la fórmula del físico Albert Einstein : . [3] En un sistema de referencia donde el sistema se está moviendo, su energía relativista y su masa relativista (en lugar de su masa en reposo ) obedecen a la misma fórmula.
La fórmula define la energía E de una partícula en su estado de reposo como el producto de la masa ( m ) por la velocidad de la luz al cuadrado ( c 2 ). Debido a que la velocidad de la luz es un número grande en unidades cotidianas (aproximadamente 300 000 km/s o 186 000 mi/s), la fórmula implica que una pequeña cantidad de "masa en reposo", medida cuando el sistema está en reposo, corresponde a una enorme cantidad de energía, que es independiente de la composición de la materia .
La masa en reposo, también llamada masa invariante , es una propiedad física fundamental que es independiente del momento , incluso a velocidades extremas cercanas a la velocidad de la luz. Su valor es el mismo en todos los sistemas de referencia inerciales . Las partículas sin masa, como los fotones , tienen masa invariante cero, pero las partículas libres sin masa tienen momento y energía.
El principio de equivalencia implica que cuando se pierde energía en reacciones químicas , reacciones nucleares y otras transformaciones energéticas , el sistema también perderá una cantidad correspondiente de masa. La energía, y la masa, pueden liberarse al medio ambiente como energía radiante , como la luz , o como energía térmica . El principio es fundamental para muchos campos de la física, incluida la física nuclear y de partículas .
La equivalencia masa-energía surgió de la relatividad especial como una paradoja descrita por el erudito francés Henri Poincaré (1854-1912). [4] Einstein fue el primero en proponer la equivalencia de masa y energía como principio general y consecuencia de las simetrías del espacio y el tiempo . El principio apareció por primera vez en "¿Depende la inercia de un cuerpo de su contenido de energía?", uno de sus artículos annus mirabilis , publicado el 21 de noviembre de 1905. [5] La fórmula y su relación con el impulso, tal como lo describe la energía –relación de momento , fueron desarrollados más tarde por otros físicos.
La equivalencia masa-energía establece que todos los objetos que tienen masa , u objetos masivos , tienen una energía intrínseca correspondiente, incluso cuando están estacionarios. En el estado de reposo de un objeto, donde por definición está inmóvil y por lo tanto no tiene momento , la masa y la energía son iguales o difieren sólo en un factor constante, la velocidad de la luz al cuadrado ( c 2 ). [1] [2] En la mecánica newtoniana , un cuerpo inmóvil no tiene energía cinética y puede tener o no otras cantidades de energía almacenada interna, como energía química o energía térmica ., además de cualquier energía potencial que pueda tener por su posición en un campo de fuerza . Estas energías tienden a ser mucho más pequeñas que la masa del objeto multiplicada por c 2 , que es del orden de 10 17 julios para una masa de un kilogramo. Debido a este principio, la masa de los átomos que salen de una reacción nuclear es menor que la masa de los átomos que entran, y la diferencia de masa se manifiesta como calor y luz con la misma energía equivalente que la diferencia. Al analizar estas explosiones, se puede utilizar la fórmula de Einstein con E como la energía liberada (eliminada) y m como el cambio de masa.