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Física


Equivalencia entre masa y energía



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Introducción

En el año 1916 Einstein presentó la Teoría de Relatividad General, luego del fracaso por incorporar el campo gravitatorio en la Relatividad Especial. Este tema será tratadoposteriormente.
La formulación y desarrollo de la Relatividad General conducen a una ecuación tensorial de segundo orden no lineal, para el campo gravitatorio, sin lograrse una solución general de la misma. A pesar de ello su aplicación en casos particulares dio resultados y predicciones de tanta importancia (conocidos como curvatura de la luz, corrimiento al rojo y desplazamiento del perihelio deMercurio), que práctica y lamentablemente se abandonaron otras líneas de investigación del campo gravitatorio.
La Teoría General de Relatividad de Albert Einstein, que esencialmente es una teoría de gravitación, ha sido el modelo seguido por varias Teorías Cosmológicas actuales. No obstante, en los últimos años resultados experimentales no compatibles con las predicciones teóricas han generado unaincipiente resistencia a este modelo físico-matemático. En este sentido es interesante reconocer la existencia de otras teorías competitivas, entre las que se destaca la Teoría Relativista de Gravitación (2002) del notable físico ruso Anatoly Alekseyevich Logunov.
El presente trabajo sobre la Teoría de Relatividad Especial está concebido como un enfoque físico para la enseñanza en un primer niveluniversitario, prestando especial atención al orden y la forma en que deben ser tratados los distintos temas, que en muchos casos difieren de la bibliografía usual.
Por razones didácticas varios aspectos son tratados de manera distinta al enfoque original, incluyendo discusiones conceptuales y deducciones propias.









Equivalencia entre masa y energía


La expresión  implica quela presencia de una cierta cantidad de masa conlleva una cierta cantidad de energía aunque la primera se encuentre en reposo, concepto ausente en mecánica clásica (nótese que en mecánica clásica un cuerpo en reposo carece de energía mecánica). En mecánica relativista la energía en reposo de un cuerpo es el producto de su masa por su factor de conversión (velocidad de la luz al cuadrado), o quecierta cantidad de energía de un objeto en reposo por unidad de su propia masa es equivalente a la velocidad de la luz al cuadrado. Esto tiene consecuencia en ciertas reacciones entre partículas así un neutrón en reposo puede desintegrarse del siguiente modo:

Es decir, un neutrón desaparece al tiempo que aparece un protón, un electrón y un antineutrino electrónico en su lugar. Pero el principiorelativista de la conservación de la energía implica que la energía cinética de las partículas salientes está limitado por:

Que no tiene análogo en mecánica clásica y que está bien demostrada experimentalmente. Este fue un primer éxito de la famosa ecuación de Einstein ya que permitió extender la ley de conservación de la energía a fenómenos como la desintegración radiactiva.
La fórmulaestablece la relación de proporcionalidad directa entre la energía E (según la definición hamiltoniana) y la masa m, siendo la velocidad de la luz → c elevada al cuadrado la constante de dicha proporcionalidad.
También indica la relación cuantitativa entre masa y energía en cualquier proceso en que una se transforma en la otra, como en una explosión nuclear. Entonces, E puede tomarse como la energíaliberada cuando una cierta cantidad de masa m es desintegrada, o como la energía absorbida para crear esa misma cantidad de masa. En ambos casos, la energía (liberada o absorbida) es igual a la masa (destruida o creada) multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz.
Energía en reposo = Masa × (Constante de la luz)2





“¿Depende la inercia de un cuerpo de su contenido energético?”...