Si los fotones no tienen masa, ?d¨®nde almacenan la energ¨ªa?

Es cierto que tiene dificultad comprender que algo que no tiene masa s¨ª pueda tener energ¨ªa. Pero, por ejemplo, si te imaginas una onda expansiva lo entender¨¢s. Una persona que est¨¦ cerca de una explosi¨®n siente esa onda expansiva, siente que una fuerza enorme la empuja hacia atr¨¢s. Esa onda o perturbaci¨®n no tiene masa, la tiene el medio por el que se propaga, pero s¨ª tiene energ¨ªa, no la ves pero sientes esa energ¨ªa que te ha empujado hacia atr¨¢s. Eso es lo primero que tenemos que tener claro, las ondas tienen energ¨ªa. La luz tambi¨¦n es una onda, as¨ª que tiene energ¨ªa.

La masa es una magnitud que usamos en f¨ªsica para expresar la cantidad de materia que tiene un cuerpo en reposo. Y es cierto que la luz en reposo no tiene masa. Pero la luz no puede estar en reposo, siempre est¨¢ movi¨¦ndose a la misma velocidad, una velocidad que cuando la luz se propaga en el vac¨ªo llamamos c, esos 300.000 kil¨®metros por segundo. Pero es un error asociar siempre la energ¨ªa a la masa. Aunque asimilarlo sea dif¨ªcil y m¨¢s a¨²n en el caso de la luz.

Para entenderlo debes saber que, adem¨¢s de una onda como ya hemos visto, la luz es tambi¨¦n un corp¨²sculo. Antes de la f¨ªsica moderna, los f¨ªsicos y las f¨ªsicas hab¨ªan visto con experimentos que la luz se comportaba como una onda pero Albert Einstein, bas¨¢ndose en los trabajos de Planck, se dio cuenta de que tambi¨¦n actuaba como una part¨ªcula a la que se llam¨® ¡°cuanto de luz¡± y que es lo mismo a lo que hoy llamamos fot¨®n. Precisamente de la ecuaci¨®n m¨¢s famosa de Einstein, aquella de E=mc², es de d¨®nde viene tu pregunta porque esa ecuaci¨®n dice que la energ¨ªa de un cuerpo en reposo (E) es igual a su masa (m) multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado (c²). Como esta ecuaci¨®n necesita la masa para determinar la energ¨ªa, puede llevar a pensar que un sistema sin masa no puede tener energ¨ªa pero no es as¨ª. La ecuaci¨®n anterior solo es aplicable para part¨ªculas en reposo y la luz no lo est¨¢. Y aqu¨ª llegamos a la segunda caracter¨ªstica de los fotones que nos permite entender su energ¨ªa. Como te explicaba al principio, est¨¢n siempre en movimiento, no paran quietos. Y en ellos, la energ¨ªa les viene precisamente de ah¨ª, del propio movimiento.

En f¨ªsica, a la cantidad de movimiento la llamamos momento lineal y de ese momento lineal es de d¨®nde le viene la energ¨ªa a los fotones. Para hallarla sustituimos la masa (m) de la ecuaci¨®n de Einstein por el momento lineal (que en las ecuaciones llamamos p) y as¨ª obtenemos la cantidad de energ¨ªa del fot¨®n. Y eso hace que haya fotones como los de la luz visible, la que son capaces de captar nuestros ojos, que tienen una energ¨ªa 10.000 veces menor que, por ejemplo, los que hay en los rayos X, o millones de veces menor que la de los rayos gamma que producen los elementos radiactivos.

Pascuala Garc¨ªa Mart¨ªnez es doctora en F¨ªsica, catedr¨¢tica de ?ptica de la Universitat de Valencia.

Pregunta realizada v¨ªa email por Bernardo Collado L¨®pez

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