エネルギーは、そのまま質量か。

Question

例えば、バネを縮めると質量が増えますか。

はじめに、バネと固定金具の質量をそれぞれはかって、合計がMだったとします。

次に、バネを思いっきり縮めて、止め金具で、バネを固定します。

前後で何が違うかというと、バネにエネルギーがため込まれた状態になります。

その一体となったバネと止め金具の質量は、Mよりも大きいですか。

そうだとすると、
質量は、ため込まれたエネルギーをEとすると、E=mc^2で表されるmだけ増えますか。

そうだとすると、エネルギーと質量は変換するものではなく、エネルギーは、そのまま質量ということは言えますか。

stomachman · Accepted Answer

> その一体となったバネと止め金具の質量は、Mよりも大きいですか。

その通りです。系全体が持つ運動量の寄与を除いた、いわゆる静止質量を考えると、バネ（を構成する分子 or 原子に働く応力）のエネルギーの分だけ質量が大きくなる。ところで温度を上げても質量が増えるし、放熱すれば質量が減る。バネを縮める際に温度も変化しますから、その影響を忘れずに算入しなきゃなりません。

tsumina · Answer

＞質量とは何かを言わないと、あるものが質量なのか質量でないのか、何も言えないでしょうよ。

質量は、あるものの動きにくさを表す量ですよ。何度同じことを言えばいいのでしょう？

わからないなら、

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F

読んでください。

＞少なくとも、私は、質量とはこういうものだと言っています。厳密ではないけど、定義めいた書き方をしているときもありました。

あなたの主張など無意味です。
質量は上記のように決まっている話です。

＞それに対して、あなたは、それは古典だの、マクロだのと繰り返すばかり。頭が凝り固まっています。

あなたの感想を言われても興味ありません。科学的に反論してください。

＞じゃあ、質量って、何なのよ？とあなたに聞いても、スルーしてますね。

自明だからです。わからないなら

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F

を読んで下さい。これ以上でも以下でもありません。

＞そんなことでは、質量とは何かを言えないとの疑いを持ってしまいます。

それも単なるあなたの感想ですね。

＞質量が何かを言わないで、よくもまあ、何かに質量があるだのないだのと言えたものですね。

自明だからです。わからないなら

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F

を読んで下さい。これ以上でも以下でもありません。

＞ということで、質量って何ですか。
それを統一させてください。

わからないなら
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F

を読んで下さい。これ以上でも以下でもありません。

tsumina · Answer

＞静止質量0の物があるとしても、その対象物の状態のすべてが込み込みで、対象物の質量です。

マクロとミクロをごっちゃにした、典型的勘違いです。

＞アインシュタインとボーアの論争で、光子箱の思考実験は知ってますよね。

１００年前に解決しています。

＞箱から光子がひとつ飛び出すと、箱の質量は減る。この点はどちらの側も認めています。

そうですよ。実際、人の体重だって同じです。１％しか素粒子重量の合計がないのに、体重はその１００倍で観測されます。強い力の結合エネルギーが質量として観測されるのです。この場合も、強い力をつたえる、グルーオンは、光子と同じゲージ粒子で、質量ゼロです。それと同じです。常識です。

＞光子の静止質量は0でも、エネルギーをもった光子が飛び出すことによって、箱の質量が減るなら、その光子はエネルギー分の質量を持っていると言えます。

言えません。あなたは、ミクロの現象と、マクロの現象をごちゃまぜにしている。だから素人の受け売りでは永遠に理解できませんよ・・と言っているのです。

＞光子そのものの質量というのはナンセンスで、ある状態をまとった光子には、その状態込み込みで、質量があると言えます。

言えません。光子そのものの質量はありません。ある状態をまとった・・・などという、あいまいな話でごまかさないように。マクロで観測すれば、結合エネルギーなども、質量として観測できます。そんなことは常識です。でもそれを、あなたの、高校生の物理的なマクロの質量理論で解釈するから、いつまでたっても同じ質問が繰り返されるのです。

もう離脱しますね。知識がない人が、持論を繰り返し何を言っても納得しない。ばからしくて疲れます。ごれは議論ではなく物理の事実なので、あなたが何を言おうと結論は変わりませんが、せいぜい納得するまで、頑張ってください。

tsumina · Answer

肝心なことを書き忘れたので

＞「ゲージ粒子は静止質量が0であると定義したもの」だと思います。

まったく違いますよ。少しでもゲージ理論勉強したことありますか（笑）
定義じゃありません。物理学の本質であり、このよの根底を動かす、ゲージ対象性から、質量はゼロでないとならないのです。わかりますか？

＞質量があるかないかというのは、慣性質量なら、そいつの動きにくさ、重力質量なら、重力によって影響があるかないか、ということだと思います。

言っていることはそのとおりです。
でもね、それはマクロの話ですからね。

＞質量というのは、定義しだいです。あなたは、質量は静止質量ということにしようと言っているだけでしょう。多くの人が言っているからといっても、納得できません。

そんなあいまいなもの。素人考えの話ではありませんよ。
静止質量の意味は、他の回答にしたので読んでください。

多くの人が言っているのではありません。物理学の理論として、一般に妥当と認められ、専門的に正しいと信じられているということです。しかも最先端の理論の話です。高校の教科書レベルの話でも、ブルーバックスの話でも、素人がYoutube を観て思いついた疑問でもありません。そして、光子はマクロではなくミクロ。量子論のあつかう、場の量子論の扱うミクロのはなしです。

＞あなたが、教科書による標準的な考え方をもってきても、質量があるかないかの素朴な疑問には答えられていません。

あなたの考えこそが、教科書的、高校生的、素人的と言うのです。マクロとミクロを誤解し、ゲージ理論を少しも勉強せずに、ただ出ている公式を、あなたの知識範囲のマクロな式にあてはめて、該当する部分が質量に相当。だから、光子に質量がある、だから定義次第だ。これこそ、受売りの極み。もはや、科学的会話でさえないということです。

マクロの力学と、ミクロの素粒子や力の話をごっちゃにしないでください。

tsumina · Answer

＞「自分の質問に回答して欲しくない！という利用者がいたら、ブロックすることができます。ブロックに登録された利用者は、あなたの質問を見ることが出来なくなります。また、別の利用者の質問についている回答も非表示になります。」

物理学の理論にないことを、ひたすら自分の、素人の間違った解釈で、マルチポスト投稿し続ける。それを指摘すると気に食わないからブロックですか（笑）おかしな話です。

あなたがなんと言おうと、間違いは間違い。
光子に質量はありません。

ブロックを恐喝に使って、間違いを正そうとする回答を排除するなら、QAサイトは成り立ちませんし、わからないから質問しておいて、わからな側が、駄々をこねるのでは、やりとりが単なるノイズになります。人に質問をするというのは、無知の知が、基本中の基本。持論の吹聴や、意見表明をするから、やめてくれとお願いしているのです。

ブロックは自由ですが、理論がわかる人には、だれが間違っているか、はっきりとわかりますからね。あなたは、まず基礎を勉強することをおすすめします。

tsumina · Answer

>質量というのは、定義しだいです。あなたは、質量は静止質量ということにしようと言っているだけでしょう。多くの人が言っているからといっても、納得できません。

そんな話は物理学のどこにもありません。頭を冷やしてください。

あなたが言うのは、止まれるものが、静止している場合と、動いている場合で、質量がかわったように見える・・・という話であって、その場合にのみ、静止質量という言葉が使われます。

しかし、光子には適用できません。いいですか？光子は止まることができないのです。止まることが出来ない素粒子です。止まることが出来ないので、静止質量がないのは当たり前ですし、動いた場合に質量が変わるとき、その初期値を静止質量と言うだけなので、止まらないものに、止まるものの発想を応用することがナンセンスで間違いです。そもそも質量に静止もくそもありません。

そして、ゲージ理論を勉強してください。物理学の根底は対象性です。電磁気力を伝える光子も含め、そもそもゲージ粒子には、その導出仮定を考えれば自明で、質量がありません。あってはゲージ粒子にならいからです。しかし、質量をもつ素粒子がある不思議を考えた結果、本来対象性を持ち、質量をもたないゲージ粒子が、自発的対称性の破れからヒッグス機構により質量をもった。それが、ついこの間それが確かめられたのです。光子は、ヒッグスには無関係ですから質量を持ちようがありません。

さらに、標準理論の上位互換の調弦理論は、およそすべての標準理論の性質を、よりこまかく説明することができますが、この超弦理論のおおもとも、弦の振動から発生する振動モードの和を、光子の質量がゼロという条件をつけることで、さまざまな理論を導きます。

だれがなんと言おうと、今の時点で、光子の質量はゼロ。
天と地がひっくり返ってもゼロです。

光子は運動量を持つが、質量はもたない。それが物理学の現時点での結論です。光を系に閉じ込めて、外部から観測すれば、当然そのエネルギー分の質量は観測できますが、それは光子の質量ではありません。

＞あなたが、教科書による標準的な考え方をもってきても、質量があるかないかの素朴な疑問には答えられていません。

何を行っているのでしょうか？語るに落ちるとはこのことです。教科書による標準的な考え方が当然です。ここは、妄想を討議擂る場ではありませんし、それをあなたのような素人と討議するつもりもまったくありません。サイトでも禁止されている事項です。一般に認められた理論をもとに、知識のある人が、ない人に教える場です。

あなたが、そのよくわからない理論を提唱したいなら、学会に論文でもだしてください。その前にまず、場の量子論をちゃんと勉強してからにしてくださいね。ゲージ理論も、ゲージ粒子もわからず、知ったかぶりで、静止質量だとか語るから、おかしなことになるのですから。

tsumina · Answer

＞その一体となったバネと止め金具の質量は、Mよりも大きいですか。

当然大きくなります。質量への変換だとか、とんでも回答がありますが、違います。エネルギーをもった系全体の質量として観測されます。

だからといって、光子が質量をもつわけではありません。ゲージ粒子は、質量を持たないのは、自明です。いいかげん、同じ質問をするのはやめましょう。

tknakamuri · Answer

>光子には、エネルギー分の質量(静止質量ではない)があると言えますか。

単独では古典的な縦質量は無限大かな(加速できないので)

でも、何らかの方法で多数の光子を閉じ込めることが
可能なら、質量を持つと考えられています。
＃閉じ込めている容器が動きにくくなるという意味で

Tacosan · Answer

エネルギーが「そのまま」で質量である, というわけではない. 例えば「運動エネルギー」が質量か, というと視点によって質量とみなされることもあれば質量とはみなされないこともある. どんなに高速で運動していたとしても, 中性子星は中性子星であってブラックホールにはならないのだ.

fadklsj · Answer

バネを縮めると質量が増えるかどうかは、相対性理論の観点から考える必要があります。一般に、エネルギーと質量は等価であり、エネルギー=mc^2の関係が成り立ちます。ここで、mは質量、cは光速です。

バネにエネルギーをため込むと、そのエネルギーに相当する質量が増加します。 しかし、その増加量は非常に小さく、通常の測定ではほとんど検出できません。

たとえば、バネに1Jのエネルギーをため込んだとします。その場合、バネの質量は

m = E/c^2

= 1/(3×10)^2

= 1.11×10^-17 kg

だけ増えます。これは原子の質量よりもずっと小さいです。

したがって、バネを縮めると質量が増えるというのは正しいですが、その増加量は無視できるほど小さいです。

エネルギーと質量は変換するものではなく、エネルギーはそのまま質量ということは言えません。エネルギーと質量は同じものの別の表現であり、物体の運動や相互作用によって変化することがあります。

エネルギーは、そのまま質量か。

> その一体となったバネと止め金具の質量は、Mよりも大きいですか。

＞質量とは何かを言わないと、あるものが質量なのか質量でないのか、何も言えないでしょうよ。

＞静止質量0の物があるとしても、その対象物の状態のすべてが込み込みで、対象物の質量です。

肝心なことを書き忘れたので

＞「自分の質問に回答して欲しくない！という利用者がいたら、ブロックすることができます。

>質量というのは、定義しだいです。

＞その一体となったバネと止め金具の質量は、Mよりも大きいですか。

>光子には、エネルギー分の質量(静止質量ではない)があると言えますか。

エネルギーが「そのまま」で質量である, というわけではない. 例えば「運動エネルギー」が質量か, というと視点によって質量とみなさ

バネを縮めると質量が増えるかどうかは、相対性理論の観点から考える必要があります。

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