¿Por qué los fotones no tienen masa y sin embargo tienen energía?

La relación entre la masa y la energía de las partículas, como los fotones, está fundamentada en la famosa ecuación de Albert Einstein, E=mc², que establece que la energía (E) es igual a la masa (m) multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado (c²). Esta ecuación es una de las piedras angulares de la teoría de la relatividad especial.

Para entender por qué los fotones, a pesar de no tener masa en reposo, tienen energía, es importante comprender algunos conceptos clave:

Masa en reposo: La "masa en reposo" se refiere a la masa que una partícula tiene cuando está en reposo relativo a un observador. Los fotones no tienen masa en reposo, lo que significa que, en términos relativistas, su masa en reposo es igual a cero.

Masa relativista: En la teoría de la relatividad especial de Einstein, la masa de una partícula es una cantidad relativa y depende de su velocidad. A medida que una partícula acelera y se acerca a la velocidad de la luz (c), su "masa relativista" aumenta. Sin embargo, los fotones siempre se mueven a la velocidad de la luz y, por lo tanto, su masa relativista es constante y siempre igual a cero.

Masa relativista: En la teoría de la relatividad especial de Einstein, la masa de una partícula es una cantidad relativa y depende de su velocidad. A medida que una partícula acelera y se acerca a la velocidad de la luz (c), su "masa relativista" aumenta. Sin embargo, los fotones siempre se mueven a la velocidad de la luz y, por lo tanto, su masa relativista es constante y siempre igual a cero.

En resumen, los fotones tienen energía debido a su movimiento y a su naturaleza ondulatoria, como lo describe la teoría cuántica. Aunque no tienen masa en reposo ni masa relativista en términos relativistas, su energía está relacionada con su frecuencia o longitud de onda. Esto es una característica fundamental de la física cuántica y está bien respaldado experimentalmente.