光に質量があるのか

E=mc^2より、エネルギーには質量があると考えると、
光はエネルギーなので質量があるのではないでしょうか？
詳しい方誰か教えて下さい！

No.12 回答者： abikon990-08321-3-29 回答日時： 2022/05/19 11:26

5㎝×2=10㎝のように、長さにただの数字を掛けた場合は長さのままで単位も同じですが、5㎝×2㎝=10㎠のように、長さに長さを掛けたら、それぞれが縦と横の長さの長方形の面積になり単位が変わります。

同じように、1gに900億を掛けたら900億gですが、1gに、30万km/s×30万km/sを掛けたらエネルギーになって単位もジュールとかに変わります。エネルギーはエネルギーという概念であり、質量という概念とは別のものです。
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No.11 回答者： d9win 回答日時： 2022/05/19 08:03

エネルギーEと運動量pは力学の根本要素である。

それらは古典力学では質量mと速度vを用いて表されるが、それよりも本質的な量子力学では振動数fと波長λという波動を特性付ける量とプランク定数hで表される(1式), (2式)。これら2式を前提にして、波の速度vが光速c (5式)という条件が加わると、E= m c^2が導かれる(6式)。(f = c/λ (4式)は波として当然である)
E = h f　　(1) : エネルギー
p = h / λ　(2) : 運動量(ド ブロイ波)
　p = m v　(3) : 運動量(質量を用いた表記)
　f = c / λ　(4) : 振動数
　v = c　　　(5) : 光速
m = h/(λ c) = (E/f)/(λ c) = E/ [(c/λ) (λ c)] = E/c^2　(6)

質量mは、古典力学の基本となる粒子の第一義要素であるが、量子力学ではその重要性は低下して、第一義的な意味を有してない。質量mは、せいぜい運動量pと速度vの比率を表す物理量と解釈する(3式)のが妥当であろうと、私は考えます｡

ちなみに、アインシュタインは、E= m c^2の関係を運動量の保存とE のエネルギーを有する光の運動量がE/cであることから説明した。特殊相対性理論から直接に説明したのではない。(それを発表した1905年には、ド ブロイ波は知られてなかった)
また、Feynmanが特殊相対性理論を代表する式と言っている(7式)は、Feynman物理学 I巻15-9節では以下のように導出している。まず、エネルギーEの時間微分が力Fと速度vのベクトル内積に等しいことを示す(8式), (9式)を変形して積分すると現れる積分定数Cをm_0^2 c^2として(11式)を得る。そして、その両辺にc^2を乗じると(7式)となる。
この時も特殊相対性理論は表立っては用いられていない。ただ、質量mが定数でなくdm/dt ≠ 0としていることが味噌である。
E^2 = p^2 c^2 + m_0^2 c^4　　　(7)
dE/dt = F v　　　　　　　　　　　　(8)
d(m c^2)/dt = d(m v)/dt v　　　　　(9)
m^2 c^2 = m^2 v^2 + C　　　　　(10)
m^2 c^2 = m^2 v^2 + m_0^2 c^2　(11)

つまり、(7式)の(p c)^2項は速度vを有することによるエネルギーの2乗であり、(m_0 c^2)^2項は速度vを有してない状況のエネルギーの2乗に当たる。すると、光は必ず速度cを有しているから、m_0 c^2項は存在しない(m_0 = 0)ことになる。
一方、速度v= 0の存在物に想定できるエネルギーとしては、その存在物の内部運動のエネルギーが考えられる｡ 逆にいえば、静止質量m_0は(内部運動をもたらし得る)内部構造を有する物体のみに想定できる。
そのように考えると、内部構造を有しない光や熱振動は静止質量m_0を有し得ないことが納得できよう。例えば、同じ振動運動でも、光のように空間に際限なく拡がるのでなく局所を周回しておれば、その周回エネルギーh fをc^2で除した質量m_0をもたらすと、私は予想します。

No.10 回答者： puyo3155 回答日時： 2022/05/18 18:06

＞E=mc^2より、エネルギーには質量があると考えると、光はエネルギーなので質量があるのではないでしょうか？

E=mc^2とは、

エネルギーと質量は等価である。
質量はエネルギーに換算できる。
質量はエネルギーの形態の一つである

という意味です。同じという意味ではありません。

実際、物質に閉じ込められた結合エネルギーは、物質の質量として観測されています。核分裂や核融合反応において質量欠損として、熱エネルギーが取り出せますが、あれは強い力に閉じ込められた結合エネルギーが開放されたものです。

物質と反物質が消滅すると、質量に相当するエネルギーが電磁波（光）として出ますし、逆に高エネルギーで物質を衝突させると、対生成で、素粒子と反粒子が、突然空間から現れたりします。

光は電磁波であり、素粒子で言えば光子。質量をもちませんが、エネルギーを伝搬することができます。

No.9 回答者： abikon990-08321-3-29 回答日時： 2022/05/18 10:02

＞E=mc^2より、エネルギーには質量があると考えると、光はエネルギーなので質量があるのではないでしょうか？

その理屈なら「E=mc^2より、エネルギーには光速があると考えると、光はエネルギーなので光速があるのではないでしょうか？」という疑問もあるべきではないでしょうか。さらに光速(速度)は距離×1/時間なので、「光には距離があるのでは?」「光には1/時間があるのでは?」という疑問もあるべきです。

「長方形の面積＝縦の辺の長さ×横の辺の長さより、長方形の面積には縦の辺の長さがあると考えると、コピー用紙の面積は、長方形の面積なので、縦の辺の長さがあるのではないでしょうか?」という質問には「コピー用紙には縦の辺の長さがあるが、コピー用紙の面積に縦の辺の長さがあるとは言わない」と答えることができます。

質量とエネルギーは等価と言われていますが、等価とは違うことが前提であり同じものを等価とは言いません。質量とエネルギーは別物です。そもそも質量とエネルギーは等価と言うときのエネルギーとは何か。純粋なエネルギー?純粋なエネルギーなどというものはなく、エネルギーとは質量が(相対的に)運動する時に持つものです。

光は、素電子プラズマを媒質とする、縦波とも横波とも違う特殊な波であり、波である音に質量があるとは言わないように、波である光に質量はありません。
https://jp.quora.com/%E5%AA%92%E4%BD%93%E3%81%AE …

No.8 回答者： konjii 回答日時： 2022/05/18 08:34

＃６さま

静止した光なんて観測されていないのに質量が０ってどういうことですか。

No.7 回答者： s_hyama 回答日時： 2022/05/18 07:37

加えたエネルギーにより、E＝Mc²は導出されるので、

エネルギーを質量で表現しても、プランク定数で表現しても
光の運動量で表現しても、自由だよ
E＝hf＝Mc²＝PC

キログラム（記号は kg）は質量の SI 単位であり、プランク定数 h を単位 J s（kg m2 s−1 に等しい）で表したときに、その数値を 6.62607015×10−34 と定めることによって定義される。ここで、メートルおよび秒は c および ∆νCs に関連して定義される[3][注 1]。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%AD …

No.6 回答者： tknakamuri 回答日時： 2022/05/18 07:34

この式のmは「静止質量」

運動してる場合は
E²-p²c²=m²c⁴
光子の運動量はp=E/cなので、
静止質量m=0

No.5 回答者： Tacosan 回答日時： 2022/05/18 01:11

そもそも「エネルギーには質量がある」の時点で「それは『現在の物理学』の考え方ではないね」って話になる.

なお「エネルギーが質量『とみなせる』」というのは場合による. これは #4 で例示されている熱でも同じで, エネルギーが局在化している状況ではマクロには質量とみなすことが可能.

No.4 回答者： y_hisakata 回答日時： 2022/05/17 23:34

じゃあ熱もエネルギーなので熱にも質量があるのかという話になるんですが…。

No.3 回答者： finalbento 回答日時： 2022/05/17 20:16

E=mc^2と言う式は「エネルギーには質量がある」ではなくて「エネルギーと質量は相互に転化し得る」と読むべきです。

なので「光には質量がある」と考える必要はありません。