一般相対性理論は重力に関する理論で、あの有名なE=MC^2によってエネルギーと質量の関係を示しています。しかし、原爆の基本である原子の振る舞いにおいて重力はほとんど関与しておらず、従って原爆を製造するための理論としては一般相対性理論は全く役に立たないと思うのですが。

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A 回答 (5件)

>従って原爆を製造するための理論としては一般相対性理論は全く役に立たない



原爆のエネルギー源として,
物質とエネルギーの等価性を表現したのが
「特殊相対論」です.

以上は,ご存知E=mc^2相対論によるエネルギー源の説明です.
(光速度cは小文字で書くのが通例です.
 大文字だと単なる係数(例えば積分定数)のように見えます.)

以下は,相対論を用いて実際に効率良く核分裂を誘発させる原理です.

原子物理では,
・ウラン原子核の核分裂で発生する中性子の発生確率
・ウラン原子核と中性子の衝突断面積(→反応率のようなパラメータの算出に用いる)
などを求めるときに相対論を用います.
(夜店で売っているぼぉーっと光る腕輪とかは原子からの燐光を用いたものですが,
これの原理を説明するときに,相対論が必要となります.)
最小のエネルギーで最大の破壊力を得るために,
どの程度の速度でウランの塊を爆縮させれば良いかも上記に基きます.
原子レベルでの反応は,あるエネルギー以上で粒子が衝突しないと
反応が起こらず,また,エネルギーが大きすぎても反応が起こりにくく,
最適なエネルギー状態と言うものがあります.

勿論,原爆を作る実際の技術は,燃焼学(火薬の),
衝撃波の様子(ランキン・ユゴニオ)など,様々な理論や工学的見地が必要です.
(相対論の予測を実現するための手段.)

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。 相対性理論は「全く役にたたない」というのは言い過ぎだったと思います。
しかし、原子核の構造など、核反応の本質的な部分を説明できているのでしょうか。
 もし、説明できていないとすれば、原爆は作れないといえると思います。

補足日時:2005/04/09 11:06
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「原子の振る舞いにおいて重力はほとんど関与しておらず」、これはそのとおりですね。


ですが、そのことが「従って」以下への文にどうつながっていくのか、という点がちょっと「???」です。
思うに、重力≒0 → 質量M≒0 → E=MC^2≒0、だから相対論は原爆の巨大なエネルギーを説明していない、ということでしょうか。
だとしたら、
「重力≒0 → 質量M≒0」に飛躍があります。
重力とは無関係に質量は存在します。ニュートンの第二法則、質量=力/加速度 or加速度=力/質量 を思い出してください。慣性質量です。

この回答への補足

重力と質量の関係が不正確な質問でした。
特殊相対性理論は質量とエネルギーの関係を説明しています。しかしこの理論からは核反応でなにが起っているかわからない。わかるのは質量が少なくなって、それに相当するエネルギーが放出されるという結果だけ。
そして、一般相対性理論は重力と時空間の関係を説明していますが、核分裂に重力はほとんど関係ない。これでは原爆を作れないと思うのです。 

補足日時:2005/04/05 06:23
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E=mc^2は一般相対性理論からではなく,特殊相対性理論から,導かれたものです.


この式の意味は,エネルギーの保存則は,質量も含めて見る必要があること.つまり,質量が減少するような物理現象(核分裂や核融合)があった場合,その分をエネルギーとして放出するといっています.その量が,c^2に質量を掛けたものになるので,少しの質量減少でも膨大なエネルギーが放出される,つまり核爆弾をつくる大元になります.
ただ,この式はどうすれば,より大きな質量減少反応が得られるかや,どのくらいの質量の放射性元素を持ってくれば臨界に達するかなどについては一切触れていないので,実際に核爆弾を作る場合は,ほとんど役には立たないといえます.

この回答への補足

おっしゃるように、特殊相対性理論から得られるこの式では、実際に核爆弾を作れないと思います。
さらに一般相対性理論で扱っている事柄も核反応の説明には役にたたないと思うのですが。

補足日時:2005/04/05 06:21
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E=mc^2は特殊相対性理論から導き出される運動方程式で、


一般相対性理論の重力とはとりあえず無関係です。

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%89%B9%E6%AE%8A% …
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この回答へのお礼

ご指摘ありがとうございます。

お礼日時:2005/04/05 06:17

高校で習ったような・・・


核分裂の質量変化が莫大なエネルギーを生むので
E=mc^2は無駄じゃなかったと思いますよ

参考URL:http://homepage3.nifty.com/kubota01/NuclearWeapo …
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
質量とエネルギーの関係は重要ですが、それだけで具体的な原爆はつくれないのではないでしょうか。

お礼日時:2005/04/05 06:14

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え~と (苦笑)
「1g の物質を完全にエネルギーに変換する」ことができるのであれば, 物質によらず同じだけのエネルギーが得られます... ということになっています.
ただし, 核反応が「完全にエネルギーに変換する」わけではないことに注意してください. 例えば, 太陽で起きている核反応: 4H → α だと, 確か原料となる水素の質量の 0.7% くらいが消滅します (つまり生成される α粒子の質量は 4H の 99.3%). つまり, 1g の水素を完全に反応させることができればそのうち 0.7% がエネルギーに変わり, これはおよそ 6×10^10 J くらいに相当します. う~ん, どのくらいなんだろ!?
で, 化学反応だと出てくるエネルギーが「小さすぎる」ので「質量が変化する」ように見えないです. 例えば水の生成熱は 242 kJ/mol くらいです. これは「水 1 mol = 18 g を作ると 242 kJ のエネルギーが出る」ということですが, このエネルギーを質量に換算すると 2.7 ng くらいになります. つまり原料の質量の約 1/70億ですね. そうそう測れる量じゃありません.
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え~と (苦笑)
「1g の物質を完全にエネルギーに変換する」ことができるのであれば, 物質によらず同じだけのエネルギーが得られます... ということになっています.
ただし, 核反応が「完全にエネルギーに変換する」わけではないことに注意してください. 例えば, 太陽で起きている核反応: 4H → α だと, 確か原料となる水素の質量の 0.7% くらいが消滅します (つまり生成される α粒子の質量は 4H の 99.3%). つまり, 1g の水素を完全に反応させることができればそのうち 0.7% がエネルギーに変わり, これはおよそ ...続きを読む

Q原子力発電と相対性理論

原子力発電の技術には相対性理論に基づいていると聞きました これはいったいどういうことでしょうか?
相対性理論が無ければ原子力の利用は無かったのでしょうか?

相対性理論によって原子力が可能になったのでしょうか?
当方素人です わかりやすく教えてくれる方 お願いします

Aベストアンサー

 
 そうです。相対性理論が無ければ原子力の利用は無かったのです。
 私が勉強したのでは、原子核が分解する事を始めて説明付けしたのは、女性物理学者マイトナー女史しです。
 どうしてノーベル賞を上げなかったのか、私はあげて欲しかったです。

 それは、化学者ハーンが実験で抽出した物質が、あまりにも変わりすぎていたので、説明に悩んでいました。これを見たマイトナー女史は、以前アインシュタインからE=MCxCの計算の仕方を教わっていたことから、この計算式で、陽子(プロトン)の重さの半分が200M[eV]のエネルギーに変身した事を計算して、Uが核分裂してできた物質である事を証明し、当時物理学者の誰もが原子核は分裂する事はありえないと決めていた時に、原子核は分裂し、且つエネルギーを取り出せることを始めて世に証明したのです。
 だから、ハーンは他の科学者同様、核分裂しないものと思っていので、自分の実験結果が分からず悩んでいたのです。

 それ以後、

 ★水素から、ヘリウム、リチウム、・・炭素、酸素、・・と、鉄までは、核子(陽子、中性子)が融合して行くにつれ、エネルギーを放出して核内の核子1個あたりのエネルギーを減らして落ち着く行動が分かり。同時に核内エネルギーが低いほど、核の結合力が強くなる自然の事実も分かりました。鉄がい板安定がわかった。
 そして、こちらが、Hの核融合によるエネルギー利用の原理です。

 ★鉄からウラニウム(ウラン)Uまでは、核融合する度に、核内の核子1個あたりのエネルギーが増加して質量を増やし、核内結合が不安定になる自然現象がわかり、こちらは、分裂する事によって、エネルギーを放出して、内部エネルギーが低い、2個、或いは何個もの小さい原子核の原子に分裂して落ち着く原理が分かりました。
 グラフもできています。
 こちらが、Uの核分裂によるエネルギー利用(原子爆弾と、現在の原子力発電)の原理です。

 このエネルギーが低くなって落ち着くグラフを、
★質量欠損の法則とか、★質量減少の法則といいます。

 余分でした。

 
 そうです。相対性理論が無ければ原子力の利用は無かったのです。
 私が勉強したのでは、原子核が分解する事を始めて説明付けしたのは、女性物理学者マイトナー女史しです。
 どうしてノーベル賞を上げなかったのか、私はあげて欲しかったです。

 それは、化学者ハーンが実験で抽出した物質が、あまりにも変わりすぎていたので、説明に悩んでいました。これを見たマイトナー女史は、以前アインシュタインからE=MCxCの計算の仕方を教わっていたことから、この計算式で、陽子(プロトン)の重さ...続きを読む

Q相対性理論の質量について

m(0)は静止時の粒子の質量、mは運動中の質量です。
13:11はm=m(0)/√(1-v^2/c^2)です。
ここで、画像のように、m(0)=0のとき、v=c(粒子の速さが光速) であればmは有限の値とわかる。これはつまり静止質量が0の粒子のは常に光速で走っていることになる。文の意味は分かりますがm(0)=0,v=cとしたらm=0となり、そこからなぜこの二文のことがわかるのですか?

Aベストアンサー

>13:11はm=m(0)/√(1-v^2/c^2)です。

 先に分母のほうを考えてみましょう。v=cなら分母は0ですね。そういう分数(または、割り算)はありません。たとえ、m(0)=0とし、0/0としてみても答はありません。あり得ない分数、あるいは、できない割り算です(このことに、深く立ち入らないことにします)。

 そこで、v→c(vをどんどんcに近づけていく)と考えてみましょう。分母√(1-v^2/c^2)はどんどん0に近づいていきます。このとき、m(0)も同時に適当な方法でm(0)→0にすれば、m(0)/√(1-v^2/c^2)をある有限の値に近づけることができます。

 例えば、m(0)=√(1-v^2/c^2)と置けば(※ 例です、相対論的に正しくはありません)、m=m(0)/√(1-v^2/c^2)=1となります。相変わらずv=cとして計算はできませんが、そのときも1になるだろうと予想はできます。

 そして、実際に相対論に出てくる数式を元に計算すれば、v=cになれる物体、静止質量m(0)=0であり、そうならば光速度c以外の速度はあり得ない、ということが導けます(この導出は割愛します)。

 お示しの式からは、そういうざっくりした説明しかできません。1/0は絶対にあり得ない。あり得るとしたら0/0しかないんですが、それも普通は計算できない。しかし、相対論のお示しのケースでは、0でない有限の値になることが示せるということです。

P.S.

 分母が0になって、しかしある有限の値になるためには、分子も0でないといけない、という必要条件だと考えることもできます。しかし、十分条件ではありません。

>13:11はm=m(0)/√(1-v^2/c^2)です。

 先に分母のほうを考えてみましょう。v=cなら分母は0ですね。そういう分数(または、割り算)はありません。たとえ、m(0)=0とし、0/0としてみても答はありません。あり得ない分数、あるいは、できない割り算です(このことに、深く立ち入らないことにします)。

 そこで、v→c(vをどんどんcに近づけていく)と考えてみましょう。分母√(1-v^2/c^2)はどんどん0に近づいていきます。このとき、m(0)も同時に適当な方法でm(0)→0にすれば、m(0)/√(1-v^2/c^2)をある有限の値に近...続きを読む


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