Ｅ＝ｍｘｃ＾２質量って何だろう

Question

質問は、本文の後半です。

（話の横道）
さきほど、プロファイラーというような名前の番組を振り返ってみていました。

アインシュタインが、公式として、エネルギー量＝質量ｘ光速＾２　を世に出して、
それを眺めていたら、わずかな質量で膨大なエネルギーを出せるかもと。

ドイツでしたか、核分裂をさせることに成功し、

ヒットラーがドイツの首相になり全体主義が、覆ったころに、
アメリカに亡命していたアインシュタインが、大統領へ手紙を書いて
それが、マンハッタン計画の始まりとなり、

1945年頃に大阪市内へ原爆の形と同じものが　試験的に落とされ多くの犠牲者がでて
そして、広島へ原爆投下。

のちに、湯川秀樹さんがノーベル賞を受賞したとき、アインシュタインが涙をだして
日本人が原爆の犠牲になったことを泣いて詫びたと。

横道にそれました。



（質問）

その式をみると、我々の宇宙ができてすぐのころでしょうか、質量がない事態があったと聞いています。質量は、何かが何かと一体となって動くことで、あとから獲得したものだと。

そうすると、質量を獲得する前の時期においては、質量にゼロを代入すると、
エネルギーも　ゼロと考えてよいのでしょうか。

それとも、アインシュタインの式が、稼働するのは、質量を獲得以降の時代でしょうか。
質量がなにか、わからなくなってきました。

puyo3155 · Accepted Answer

＞素粒子だとして、素粒子によって獲得されて質量効果をもたらさなかったものがあるということでしょうか。

最初の回答をもう一度読んでください。私達が、体重とか、物質の質量とか言っているのは、素粒子が獲得した質量の効果は、たったの１％です。あとは、核子に閉じ込められた強い力の結合のエネルギーです。

＞素粒子に、くっつかなかった質量があって、それもエネルギー？

そのとおりです。物質では、素粒子にくっつかない質量が９９％。それも含めてエネルギーと等価です。

強い力のエネルギーが解放されるのが、核反応です。原子力発電、原爆などのエネルギーのもとですね。

余談ですが、普通の化学反応で

A　ーー＞　B＋C＋熱（エネルギー）

となったとしますね。このとき、高校までの物理では、質量保存の法則と習うので

Aの質量　＝　Bの質量＋Cの質量

だとみんな思っていますが、実は違います。

Aの質量　＞　Bの質量＋Cの質量

で、その差が熱エネルギーとなったのです。しかし、E=mc^2 で換算すると、通常の化学反応で出た程度の熱エネルギーでは、質量差を観測することができないだけなのです。

また、宇宙全体で言えば、素粒子と、核子に閉じ込められた物質全体の質量でも、わずか５％です。残りは、ダークマター２７％、ダークエネルギー６８％と言われ、それがなにかは、まったくわかっていません。

puyo3155 · Answer

>最初にエネルギーがあった（できた）＝最初に質量があった　
という風に解釈してしまう。

そのとおりです。最初はなぜか、そこにエネルギーがあった。その理由はだれにもわからない。

これが、今わかっていることの全てです。

＞でも、質量は、後年に獲得したものなので。

これが間違いです。質量を冷えた宇宙で獲得したのは、素粒子の話です。素粒子が質量を獲得しよとしまいと、エネルギーと質量は等価なので、そこに質量はあります。

puyo3155 · Answer

いろいろな話をごちゃごちゃにしています。

まず、宇宙の創世記、高エネルギー状態で質量がなかったものが、質量を獲得したのは、素粒子の話です。一般の質量とは、無関係と考えた方がいいです。ヒッグス機構によって、宇宙が冷えたとき、対称性が自発的に破れて、本来質量がないはずの素粒子が、質量を獲得した・・・ということですね。

素粒子は、現在のもっともまとまった最先端理論では、標準模型としてまとめられ、その中の１７の素粒子が、力を伝達し、物質を構成し、素粒子に質量を与えるのです。

さて、あなたが思う、つまりわれわれが普段物質の質量と考えているものはそれとは別の話です。

物質は、

電子と核子
核子は、中性子と陽子
陽子や中性子は、アップクオークとダウンクオーク

でてきています。それを、

電磁気力を仲介する光子
強い力で核子をまとめるグルーオン

つまり、物質は、素粒子レベルでみると

アップクオーク、ダウンクオーク、グルーオン、光子、電子

だけで出来ています。ところが、これららの素粒子の質量を足しても、物資の質量の１％にしかなりません。残りはなにかと言えば、湯川先生から始まった、強い力で核子に閉じ込められた結合エネルギーに由来します。

E=mc^2

は、エネルギーと質量は等価という意味です。質量が、エネルギーの一つの形態と言ってもいいかも知れませんね。

核分裂による反応では、反応の前後で、その質量を生み出している結合エネルギーに差がでます。その差すなわち、反応後に消えた質量（＝結合エネルギーの差）が、熱として、取り出され、原発などに使われます。このとき、反応の前後で、素粒子はまったく変化していませんので、マクロの現象と、ミクロの現象をごちゃまぜにすると、おかしな議論になります。

＞その式をみると、我々の宇宙ができてすぐのころでしょうか、質量がない事態があったと聞いています。質量は、何かが何かと一体となって動くことで、あとから獲得したものだと。

素粒子が質量を獲得する仕組みのことです。ヒッグス場のことですね。

＞そうすると、質量を獲得する前の時期においては、質量にゼロを代入すると、エネルギーも　ゼロと考えてよいのでしょうか。

質量とエネルギーは等価ですから、そうなりますが、素粒子の質量がゼロと、系のエネルギーがゼロとは、意味が違います。

＞それとも、アインシュタインの式が、稼働するのは、質量を獲得以降の時代でしょうか。質量がなにか、わからなくなってきました。

いつでも使えます。質量とエネルギーは同じものです。

＞ユニバースを前提として私たちの物理法則の働く私たちの宇宙の場合ですがエネルギーだか　なんだか　早いスピードで宇宙を飛び回っていたところ、質量を取り込んでスピードダウンしたと。

あくまで素粒子の話です。マクロな物質とは別の話です。

chiha2525 · Answer

もうその辺りになると、なんでか分かんないけどこの世はそうなっている、って感じですね。
加速器実験なんかそうですが、空間にエネルギーを与えると素粒子が対生成したりするんです。
また逆にペンローズだったかが言ってたんですが、宇宙の最後を考えると、もしかすると質量を持った物質が全部なくなるかもしれない。で、そうなると、時を刻むものがなくなってしまうんですね。これは相対性理論をかじったら分かるのですが、言われればそうだなとｗ（もちろん理論が完全に正しいとして、という前提ですが）。とすると、宇宙の始まりの物質がまだ存在していない宇宙というのも、これと同じで時を刻むものがない宇宙ということになるんですね。時を刻むものがない、時を刻めない宇宙、どんなものかわけ分からないですねｗ
（ちなみにペンローズ（だったか？）は、その宇宙の終わりと宇宙の始まりをくっつけて、宇宙は繰り返すかもしれない！とか言ってます。まぁこの辺り言ったもの勝ちなのでｗ）

話を戻してそんな質量ですが、これを持つとなんともれなく勝手に引き合う力を手に入れるんです（万有引力）。かなり謎ですねｗ

finalbento · Answer

「質量にゼロを代入するとエネルギーもゼロ」当然そうなるでしょう。何か問題でも? そもそも「質量にゼロを代入するとエネルギーもゼロ」としたって、この世界にエネルギーが存在しないと言う事にはならないはずです。

konjii · Answer

ニュートン力学も特殊相対性理論も系は可逆であるとしています。
真空中の振子は永久に振動しなければなりません。
ｍ⇒Ｅ/C²なら、Ｅ⇒ｍＣ²も可能です。
ｍ⇒Ｅ/C²なら、Δｍ＝ΔＥ/C²から厳密にΔｍとΔＥを求めればＣの値が出ます。原子力発電所で燃料棒の質量減Δｍと高温高圧の水蒸気量からΔＥを計算
すればアインシュタインの思い浮かべた光速Ｃが得られます。

宇宙は不可逆です。ハッブルの見つけた赤方偏移から、時間を戻してゆくと
ある点に収束する。その点がビッグバンと言う訳ですが間違いです。
宇宙は不可逆なので、逆戻りは出来ません。証明は永遠に出来ません。

バチカンの枢機卿にとって、神が全てを作り出したのですからビッグバンと言う考えは大変喜ばしいことだったのでしょう。
ブラックホールとかダークマターだの、これ以上の恥の上塗りは止めにしませんか？

トモクンアヤチャン · Answer

専門家でもわからない問題なので、素人の門外漢にはとても説明できません。
e=mc^2は特殊相対論ですが、一般相対論というのもありますね。
ビッグバンの問題ですが。
ビッグバンの少し前ですが宇宙は誕生直後の10^-36秒後から10^-34秒後までインフレーションという時期があったらしいです。
考え方としては、宇宙は誕生直前までは、時間も空間もなかったので、この点においては、特異点だって行ってしまえば、法則が成り立たなくてもいいんじゃないかな。
m=e/c^2 なんで、質量はエネルギ―をものすごく小さく割ったものですかね。

angkor_h · Answer

> 質量がない事態があったと聞いています。
しかし、膨大なエルギーがあったようです。
エネルギーが質量に変わった、と言う事でしょう。

逆の現象が核分裂や核融合で、
質量の減少分が、e=mc2による放出エネルギーとされています。

Ｅ＝ｍｘｃ＾２ 質量って何だろう

＞素粒子だとして、素粒子によって獲得されて質量効果をもたらさなかったものがあるということでしょうか。

>最初にエネルギーがあった（できた）＝最初に質量があった

いろいろな話をごちゃごちゃにしています。

もうその辺りになると、なんでか分かんないけどこの世はそうなっている、って感じですね。

「質量にゼロを代入するとエネルギーもゼロ」当然そうなるでしょう。

ニュートン力学も特殊相対性理論も系は可逆であるとしています。

専門家でもわからない問題なので、素人の門外漢にはとても説明できません。

> 質量がない事態があったと聞いています。

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