Equivalencia masa-energía

En física , la equivalencia masa-energía es la relación entre masa y energía en el marco de reposo de un sistema , donde los dos valores difieren solo por una constante y las unidades de medida. ^{[1] [2]} El principio está descrito por la famosa fórmula  del físico Albert Einstein : . ^[3]${\displaystyle E=mc^{2}}$

La fórmula define la energía E de una partícula en su marco de reposo como el producto de la masa ( m ) con la velocidad de la luz al cuadrado ( c ² ). Debido a que la velocidad de la luz es un número grande en unidades diarias (aproximadamente3 × 10 ⁸ metros por segundo), la fórmula implica que una pequeña cantidad de masa 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 la masa que se mide cuando el sistema está en reposo. Es una propiedad física fundamental que es independiente del momento , incluso a velocidades extremas cercanas a la velocidad de la luz (es decir, su valor es el mismo en todos los marcos de referencia inerciales ). Las partículas sin masa , como los fotones , tienen masa invariante cero, pero partículas libres sin masatienen impulso y energía. El principio de equivalencia implica que cuando se pierde energía en reacciones químicas , reacciones nucleares y otras transformaciones de energía , el sistema también perderá una cantidad correspondiente de masa. La energía y la masa se pueden liberar 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 . ^[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 energético?", uno de sus artículos Annus Mirabilis (Año Milagroso) , publicado el 21 de noviembre de 1905. ^[5] La fórmula y su relación con el impulso, como descritos por la relación energía-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 marco de reposo de un objeto, donde por definición está inmóvil y por lo tanto no tiene impulso , la masa y la energía son equivalentes y solo difieren en una 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 o no tener otras cantidades de energía interna almacenada, como energía química o energía térmica ., además de cualquier energía potencial que pueda tener de 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 usar la fórmula de Einstein con E como la energía liberada y eliminada, y m como el cambio de masa.