エネルギーの物質化

物質が莫大なエネルギーからできていると聞きました。
アインシュタインの理論ではそうであると。

石や、水や、虫や、植物、人も、物質と言う意味ではその質量をエネルギーに換算できると思いますが、エネルギーを物質に換算する際に、石や、水や、虫や、植物、人などのそれぞれ異なった形に生成される理由は何かあるのでしょうか？

散逸構造など、複雑で規則だった構造が自然発生的に生まれると言うのは聴いたことがありますが、物質がエネルギーに変換される式よりも、膨大な数と種類の法則が、エネルギーが数多の物質に変換されてゆく際に機能しているのではないかと思ったのですが、実際のところどうなのでしょう。

つまり、何故この世の物質は、同じ質量あるものであるのに、その形態は様々にあるのでしょうか？
という質問です。

よろしくお願いします。

No.4 ベストアンサー 回答者： puyo3155 回答日時： 2023/05/18 09:28

いろいろなことがごちゃまぜになっていますね。

＞物質が莫大なエネルギーからできていると聞きました。
アインシュタインの理論ではそうであると。

うーん、曲解かな。エネルーギーは、質量と同等ってことですね。

物質の多様性は、中学や高校で習った、原子が複数存在し、それが分子となって、さまざまな物質を作るから・・・それにつきます。エネルギーをさまざまな物質に、いきなり変更するわけではありません。

物質は原子や分子から出来ている。それを細かくしていくと・・・

＞原子
＞電子＋光子＋核子
＞電子＋光子＋中性子と陽子
＞電子＋光子＋クオーク＋グルーオン

と分けられます。最後はすべて素粒子です。電子とクオークはフェルミオンでものを作ります。光子とグルーオンは、ボゾンで力を伝えます。

このうち、質量をもつものは、電子とクオークだけです。光子もグルーオンは質量はゼロです。ならば、われわれの体重は、電子とクオークの質量の総和なのか？と思いますがまったく違います。素粒子起因の質量は、全体重の１％程度しかない。残りは中性子と陽子の中に、クオークがグルーオンの強い力で閉じ込めた結合エネルギーなのです。これが、物質としてマクロで観測すると質量となるのです。これがアインシュタインの変換式でエネルギーと質量を結びつける実態になります。

つまり、この世の物質は

・　中性子や陽子が極めて安定していて崩壊しない。
・　そこに閉じ込められた結合エネルギーが質量の大半。
・　中性子や陽子が核子を作る。それも極めて安定。（核反応のぞく）
（厳密にいえば、多様な核子がなぜできるか・・は複雑だが、結果は、陽子や中性子の数だけが性質の違いになります。）
・　陽子の数＝電子の数で原子の性質がほぼ決まる。
・　さまざまな原子が化学反応して、さまざまな物資を作る。
・　時々、核子が壊れたり結合したりで核分裂・核融合するが例外。
・　その際は、結合エネルギーが取り出され質量が消える。（原発、原爆）
・　化学反応でもエネルギーが取り出されるが、質量が消える量が小さすぎて観測できない。

こんな感じです。なので、核子の安定性に支えられた原子が、さまざまに化学反応をして、物質がいろいろ生まれるってことですね。

この回答へのお礼

ご教示いただけて助かります。とても良い話を聴けました。しかも整理までして下さっていてとても読みやすいです。ありがとうございます。
いや、質問して良かったです。
質量の大半が結合エネルギーであること、化学反応で物質の多様性が生まれていること、初心ながら概ねの像様を垣間見ることが出来ました。

お礼日時：2023/05/18 13:05

No.3 回答者： tanzou2 回答日時： 2023/05/18 07:29

エネルギーですから、絶えず動いて

いるわけです。

つまり、振動したりしている訳です。

その動き方、振動の数、振動の仕方
により色々な素粒子に分かれる。

色々な素粒子が、色々な形態で結合したり
して、色々な物質が出来る。

超ひも理論では、そう説明されています。

この回答へのお礼

エネルギーの動きの性質の違いによって、素粒子の種類が生まれ、それらの結合とその仕方によって多様な物質が生まれると言う事ですが。ふむ。
これも面白い見解です。ありがとうございます。

お礼日時：2023/05/18 13:06

No.2 回答者： r_umaniamnvi_the_5th 回答日時： 2023/05/18 04:54

りがのさんおはようございます。

1個の陽子が水素です。

水素をHという記号で表します。

2個の陽子が helium です。

Helium をHeという記号で表します。

Hの融点は-259.2℃です。

Heの融点は-272.2°Cです。

3個の陽子が lithium です。　

Lithium をLiという記号で表します。

陽子が1個増えるとHとHeとの比較で融点が13℃下がります。

陽子が1個増えたLiの融点がHeより13℃下がった-285.2℃であって欲しいです。

Liの融点は180.5°Cです。

陽子の数が増えると電子の数も増えます。

電子の数と融点に関係があります。

電子の数と融点になぜどのような関係があるのかわからないです。

電子の各々が区別できません。

電子は1個1個の粒です。

電子は1個がこことか指定できる場所にありません。

もやーっと広がった場所に電子があります。

『物質創造』https://oshiete.goo.ne.jp/qa/13468153.htmlさんが哲学 category にあります。

『第01回 自然科学の見方考え方』https://v.ouj.ac.jp/view/ouj/#/navi/vod?ca=30299さんがあります。

33分11秒にニンジンが出てきます。

なぜニンジンがあの色なのか量子力学で説明できます。

この回答へのお礼

へー。電子と融点？これも私にとっては新しい話です。ありがとうございます。
動画の方、少しのぞいてみますね。

もやーっと広がった場所、電子雲というやつでしょうか。

お礼日時：2023/05/18 13:13

No.1 回答者： titeiking2014 回答日時： 2023/05/17 20:54

この宇宙が完全に均等で等質であれば、そのような多様性は生まれないでしょう。

すべての粒子間の距離が均等で、たとえば一つの粒子に働く力をみると、全方向からまったく同じ大きさの重力で引っ張られている状態です。原子の生成まで許容するならば、電子もすべての物質で同じ状態で、電磁力てきにも周囲と釣り合ってから均等に引っ張られている状態です。
しかし、宇宙にはゆらぎがあるので、そのような均等な状態を保つのはほぼ完全に不可能と言えます。すると、物質の密度が高いところと低いところができて、密度が高いところでは星ができ、超新星爆発等により多様な原子核が生まれます。そして物質の性質は陽子の数によって決まります。なぜなら陽子の数だけその原子にプラスの電荷があり、それと釣り合う電子を引き付けます。電子は原子核の周りを自由に回れるのではなく、入ることができる軌道が決まっており、その最外殻の電子の入り具合により物質の性質は大きく変わります。

この回答へのお礼

ザックリ言うと、そのゆらぎの持つ無秩序性、非対称性と、諸法則の持つ定常性、対称性が混ざり合って、現在の複雑かつ秩序だった宇宙の諸相が生じたと言う事でしょうか。

対称性は理解しやすいですが、非対称性は難しいですね。いや、一方方向性と考えればそうでもないのでしょうか。

物質の密度の高低が出来ると言うところ、とても分かりやすく感じました。

ありがとうございます。

お礼日時：2023/05/17 21:54