コンプトン効果は、エネルギー保存則、運動量保存則 で解きますが、衝突は外力が働いているため、運動量保

コンプトン効果は、エネルギー保存則、運動量保存則 で解きますが、衝突は外力が働いているため、運動量保存はできても、エネルギー保存はできないと思ったのですが、粒子に限っては、力学と違って保存出来るということでしょうか。

No.2 ベストアンサー 回答者： d9win 回答日時： 2019/04/29 19:55

運動量とエネルギーがそれぞれ保存することは一般的に成り立ちます。

通常の衝突現象でエネルギー保存則が成り立たないのは、エネルギーの一部が熱エネルギー等の衝突物体内部のエネルギーに変わるために、運動エネルギーが減少する為です。
コンプトン効果は電子と光子の衝突現象ですが、どちらも内部構造を持たないので内部エネルギー成分を考慮する必要がありません。このため運動エネルギーは保存します。
ちなみに、コンプトン効果を解釈する際の特異な点は、特殊相対論的にエネルギーに電子の静止質量成分m_0 c^2を含めねばならないことです。

No.4 回答者： s_hyama 回答日時： 2019/04/30 14:28

物質の静止エネルギーm0c^2に光のエネルギー|p|cを加えると、

E=m0c^2＋|p|c＝√((mc^2)^2＋(γmvc)^2)

同時に運動量γmvもそこにあると見るだろう。
https://eman-physics.net/relativity/ep_tensor.html

mに内部エネルギーが加わるのか、m0の静止エネルギーのままなのかどうかは別ですね。

No.3 回答者： d9win 回答日時： 2019/04/30 11:12

No.2回答の補足です。

コンプトン効果において電子の質量m_0をも考慮しなければならないことは、運動エネルギーだけに限った保存則が成り立たないという点でニュートン力学における通常の衝突現象と共通してます。
No.1回答では電子は内部構造を持たないと書きましたが、光子に較べると電子は何らかの内部構造を持っていると見なすのが自然です。このために質量mのエネルギーも考える特殊相対性理論が要求されるような気がしてきました。

No.1 回答者： angkor_h 回答日時： 2019/04/29 17:54

エネルギーも運動量も、同じ単位[J]です。

これらは別々に保存ではなく、置き換え保存もあります。

> 衝突は外力が働いているため、
衝突は、外力を得た運動物体が衝突をするものとすれば、
衝突に外力が働いている、という表現は無いです。