E=mc2E=mc2E=mc^2. ¿Qué quiere decir esto? ¿Cómo funciona esta fórmula? [cerrado]

En física de secundaria aprendemos que una masa$m$con velocidad$v$, tiene una energía cinética igual a$\frac12 m v^2$.

Este$m$proviene de la resistencia a la fuerza que se define como$F=ma$, segunda ley de Newton. Es un "axioma", postulado pero las tres leyes de Newton describen macroscópicamente la mecánica con gran precisión.

$m$es la masa inercial. Cuanto más grande sea$m$más fuerza es necesaria para moverlo.$m$es invariante en la mecánica newtoniana, y existe una ley de conservación de la masa, por lo que es aditiva.

Cuando las velocidades se vuelven muy altas, cercanas a la velocidad de la luz, es necesaria la relatividad especial para describir la mecánica. La masa relativista, sigue la regla$E=mc^2$, y la masa$m$depende de la velocidad como se ve aquí:

La masa de inercia efectiva, es decir, la resistencia a la aceleración se vuelve aún más complicada, dependiendo de la dirección de la aceleración:

Definió la masa como la relación entre la fuerza y ​​la aceleración, no como la relación entre el impulso y la velocidad, por lo que necesitaba distinguir entre la masa m_rel = γ^3xm paralela a la dirección del movimiento y la masa transversal masa m_T = γX m , perpendicular a la dirección del movimiento.

Esto implica que cuanto mayor sea la velocidad que se acerca al límite de la velocidad de la luz, más "pesada" es la partícula para resistir el cambio, aunque cuando está en reposo tiene una masa fija, en física de partículas llamada masa invariante . .

La complejidad del concepto es la razón por la que ya no se usa en la física de partículas, y se reemplaza por el concepto de masa invariante fija, que es la "longitud" del cuatro vector de impulso de energía de Lorenz.

La dilatación del tiempo es la desaceleración del tiempo debido a las reglas de la relatividad especial.

El caso más evidente de comportamiento extraño del tiempo en la relatividad, y que ha sido verificado experimentalmente, es el concepto de dilatación del tiempo bajo la relatividad especial. La dilatación del tiempo es la idea de que a medida que te mueves por el espacio, el tiempo mismo se mide de manera diferente para el objeto en movimiento que para el objeto inmóvil. Para el movimiento que está cerca de la velocidad de la luz, este efecto es notable y permite una forma de viajar al futuro más rápido de lo que lo hacemos normalmente.

Un experimento que confirma este extraño comportamiento se basa en partículas inestables, piones y muones. Los físicos saben qué tan rápido se descompondrían las partículas si estuvieran quietas, pero cuando bombardean la Tierra en forma de rayos cósmicos, se mueven muy rápido. Sus tasas de decaimiento no coinciden con las predicciones, pero si aplicas la relatividad especial y consideras el tiempo desde el punto de vista de la partícula, el tiempo es el esperado.

De hecho, la dilatación del tiempo se confirma mediante una serie de experimentos. En los experimentos de Hafele-Keating de 1971, los relojes atómicos (que son muy precisos) volaron en aviones que viajaban en direcciones opuestas. Las diferencias de tiempo mostradas en los relojes, como resultado de su movimiento relativo, coincidieron con precisión con las predicciones de la relatividad. Además, los satélites del sistema de posicionamiento global (GPS) tienen que compensar esta dilatación del tiempo para funcionar correctamente. Así que la dilatación del tiempo está en un terreno científico muy sólido.

Para entender realmente lo que está pasando, uno necesita estudiar un poco el estado actual de las teorías físicas.