どうして、光子の質量は0ですか。

箱の中に光子をたくさん閉じ込めて、箱に一瞬、穴があいて、そこから、光子が1個だけ出ていくとします。
(アインシュタインの光子箱)

光子が1個出ていくと、箱の質量は、1個の光子のエネルギーに相当する分だけ、減ります。

これについては、異論がないのに、どうして光子には質量がないと言うのですか。

質問者からの補足コメント

• どこのサイトですか。

  No.14の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2023/06/09 00:36

• どこのサイトですか。
  
  熱心に質量について調べた結果、発見したのですね。
  
  黙っていれば分からないのに、あえて、(笑)までつけて、思わせぶりに、におわせる意図は何ですか。
  
  物理とは違うところに行かないでくださいよ。
  
  というか、どこのサイトですか。そういうのは、失礼だという認識を持ちましようよ。
  
  まず、サイトを明らかにしてくださいよ。

  No.15の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2023/06/09 19:41

No.18 回答者： puyo3155 回答日時： 2023/06/11 19:48

＞そういうの、いりません。

別にあなたの、希望に沿う理由もないので。

ここの回答者、すべて同じ気持ちだと思いますが、質問に対して、自分の知識が役にたてば・・・と思って、みんな善意で回答しているのです。説明が足りなかったり、誤解をうむことはあるかもしれませんが、それを補足や追加の説明をして補います。

一方で、質問者にその気がない。自分の考えを曲げないと感じれば、回答も説明もやめるのは自由。だって、説明する意味がないですから。それがボランティアの意味です。論破の戦いでも、哲学論の討議でも、科学の仮説論争でもないってことですね。

がんばって、ご自身で答えを見つけてください。

No.17 回答者： GOMΛFU 回答日時： 2023/06/11 06:18

箱の素材の大きさが光子以下ということはあり得ないので、穴に関係なく光子はどこからも出て行きます。

No.16 回答者： puyo3155 回答日時： 2023/06/09 22:10

すべて説明はしつくしたので、これ以上追加の説明はありません。

疑問に思うなら、回答を全部読み直して内容を理解する、参照されているサイトの内容も咀嚼する、理解が足りないところは、ちゃんと基礎的な学習ををするなどによって、いつか必ず理解できる日が来るでしょう。

専門領域の勉強には王道なしです。大学や大学院に行かなければ、理解できない内容も多いですが、理解できたときには、それなりに達成感があると思います。

がんばってください！

No.15 回答者： puyo3155 回答日時： 2023/06/09 00:37

いい忘れ。

途中のやり取りから、あなたは新理論を打ち立てたように思えるので、こんなサイトで質問はやめて、

光子には質量がある・・・

という、持論を論文にして、学会なり、学術誌に投稿することをおすすめします。あなたの、エネルギーは質量だ・・・という独自解釈も、きちんと学術敵にレビューが受けられると思います。結果が出たら、共有お願いします。楽しみにしています。

No.14 回答者： puyo3155 回答日時： 2023/06/09 00:16

＞どうぞ、普通にしてください。

同じ言葉をお返しします。

＞ひとつ前の回答から普通ではなくなってますよ。

あなたは最初から、ずっと普通ではありませんね。

もし、無学・無知が自覚なしに居直ることが許されるなら、それは科学ではありませんね。余談ですが、このやりとりが他のサイトに参照されて、おもしろいことになっていました（笑）

No.13 回答者： puyo3155 回答日時： 2023/06/08 23:04

＞以前に比べて抑えている感じはしますが、相変わらず失礼ですね。

＞質量も素粒子も光子も、定義が必要だと言っています。特に問題にしているのは質量です。

はい。それでいいんじゃないですか。

＞質量を定義せずして、何かに質量があるかないか、言えないでしょう。

はい。そうしてください。

＞自明ってどういうことか、分かって使ってますか。分からないようなので辞書をひいてください。科学の話で、自明っていうのは、話になりますか。

はい。それでいいです。
そう思って、がんばってください。

No.12 回答者： puyo3155 回答日時： 2023/06/08 22:30

＞あなたはよく自明と言いますが、自明というのは証明の必要のないもの(当たり前で証明ができないもの)です。

つまり、多くの人が「正しいと感じる」ことに過ぎません。だけど、この手の疑問に、自明と言われたら困ります。感覚の話ですか？でなくて、証明できるなら、自明はやめて、原理や定義を決めて証明してください。

いいですか？粒子や物質の、性質の一つです。
粒子や物質には適応できないから、自明です。
私がよく自明というわけではありません。
勉強すればだれでも知っていることを、勉強しないで、自分の解釈で質問するから、何度も自明と言わざるを得ない。勉強もせず、説明もきかず、基礎を知らない人に、それ以上の説明はないってことです。

＞質量として現れているなら、結合エネルギーは質量でしょう。

いいかげん、持論を捨てましょうよ。結合エネルギーが、粒子になって物質として扱えるときだけ、質量として観測されるのです。その場合以外は、質量とは無関係です。電気エネルギーのどこをどうやって観測すると、質量なのですか？

＞たとえか適切ではありません(略)

適切かどうか、あなたの意見は聞いていません。もとの光子箱は、そのたとえのために考えられた比喩です。あなたが、適切かどうかを判断しても無意味です。あなたがそれを理解するかどうかです。

＞エネルギーは質量だと思っている立場としては、頭ごなしです。

がんばってください。
何を言おうと、間違っていますので。

＞というより、私はエネルギーは質量で、質量はエネルギーと言っています。その明確な否定がありません。否定するためには、「光子には質量がない」という定義にしたのではないのなら、独立に質量の定義、光子の定義を言う必要があります。その上で、光子には質量がないことを証明する必要があります。自明などというのはありません。

あなたが何を言おうと、質量とはエネルギーの１形態であり、エネルギーそのものではありません。運動エネルギー、熱エネルギー、科学エネルギー、電気エネルギー、質量と関係ないエネルギーは世の中に無限にあります。

そしてそもそも、エネルギーというモノが存在するわけでもありません。ネーターの法則でも勉強して、エネルギーの意味を勉強したほうがいいかもね。エネルギーがなにか？対称性と保存則は裏腹であることの意味を理解すれば、あなたが、どれだけナンセンスな事を言っているかが理解できるでしょう。

＞違いますよ。E=mc^2のmは静止質量ではなく質量です。
mと静止質量m0の関係式は別個にありますが、単純にその式があるときは、mは静止質量ではなく質量のことです。ものは、一般に、静止していませんから。

話をすりかえないでよ。静止質量じゃなくて、静止エネルギーです。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9D%99%E6%AD%A2 …

このななかの相対論的エネルギーの式を見なさいな。E=mc^2は、運動量がゼロのときの単なる近似式です。運動量がゼロでもエネルギーをもつから、静止エネルギーというのです。

＞また、自明ですか。自明は、感覚的に当たり前すぎて証明ができない事項ということです。本当にそうなんですか？

だから、ゲージ理論を勉強したら自明とわかる。勉強せずに、自明を疑うなら勉強して反論しなよ。

＞そうでないなら自明はやめてください。逆に、そうであるなら、その感覚になれということですか。

感覚なんて一言も言っていません。ゲージ理論を勉強しないかぎり、永遠にわかりませんと、やりとりで、何度も言っていますね。

＞近似式ではありません。mを静止質量としたときには近似式となりますが、mは静止質量ではなく質量です。

前述したので。しっかり勉強してください。

＞大いに関係あります。質量も素粒子も自然の何かを把握しようとする概念です。素粒子や光子や質量の定義を人間が定めて、じょあ、定めたそれに定めたところの質量いうのがあるかないかを判断します。

何を言っているのか、わかりません。
支離滅裂ですよ。

No.11 回答者： Leo-ultra2 回答日時： 2023/06/08 13:08

質量のあるものは、光速まで加速できません。

速度が光速に近づくと、質量が増加し、
質量が無限大に発散します。（特殊相対論の運動学）

つまり、質量が無限大に発散すると、光速に加速するのに無限大のエネルギーが必要。だから、光速に加速できない。

一方、光子は光速で飛んでいます。

つまり質量がゼロということ。

質量がゼロでないと光速で飛べない。

No.10 回答者： puyo3155 回答日時： 2023/06/07 20:40

＞質量の定義のひとつは、「粒子について言うもの」ということですか。

当然です。定義以前です。
物質や粒子の性質の一つですから自明です。

＞そうだとしても、例えば、核子の結合エネルギーは粒子という実態はないけど質量として表れますよね。

核子の結合エネルギーが質量として観測されるのは、それが、原子や分子となって、一つの塊となって観測できるときの話です。それをマクロ（の物質）と言います。

結合エネルギーが質量なわけではありません。マクロとして、物質として、粒子としてみると、内在しているエネルギーが質量として観測される・・・っていうことです。それが、等価の意味です。

原子、分子、核子などは、光子箱の箱のことです。
結合エネルギーは、光子箱の中の光子がもつエネルギーです。

＞結合エネルギーが核分裂によって、熱エネルギーなどに変換したとき、変換後のエネルギーは質量と言えますか。言えないですか。

言えるわけない。取り出したエネルギーは、熱すなわち、飛び出した粒子のもつ運動エネルギーなどに変わるのです。原発は、それでお湯を沸かして、その上記でタービンを回し発電するのです。

＜原発のエネルギーの流れ＞
質量　＞　とりだした熱エネルギー　＞　水の熱エネルギー　＞　タービンの回転エネルギー　＞　発電機からでる電気エネルギー

エネルギーは保存されながら、さまざまに形態を買えます。質量は、各物質に閉じ込められて、物質の中に内在したときだけ観測されます。つまり、エネルギーの形態の一つです。

＞E=mc^2のmは、静止している物質の質量ですか。私は動いている物質の質量だと思います。「静止」というのは「動く」の中のひとつの状態で、基本は、動いているですよね。

あなたがどう思うかは、いっさい関係ないんですよ。動くとか静止とかの哲学論も言葉のあやなので、捨ててください。モノ、物質、粒子として観測されるときの性質の一つです。なので、大半は、物質、体重などマクロ物質が静止したときの状況を指します。それが静止質量の名前の由来です。

しかし素粒子は別です。ゲージ粒子は本来質量ゼロは自明。そして一部の素粒子がなぜ質量をもつのかは、ヒッグス場との相互作用・・・これは、日本が誇る物理学者の南部陽一郎先生の自発的対称性の破れ・・というアイデアがもとになって解明された、この世の根本的仕組みの一つです。不思議なら、ここから理解する以外方法はないのです。

さて、相対論的エネルギーは、Wikipedia に出ていますから調べてください。式を端折れば、

相対論的エネルギー＝静止したときの質量由来＋運動量（速度）由来

です。あなたのいうE＝ｍｃ＾２は、この第２項がゼロ、すなわち運動量由来のエネルギーがゼロのときの単なる近似式です。近似式ですよわかりますか？式の一部を取り出して、持論を展開しても不毛なのです。そして光子は、逆に第１項、すなわち質量由来のエネルギーがゼロということです。
この式をがんばって理解してください。他の回答でも光子の質量はゼロ。エネルギーは運動量由来と、言われていますね。

あなたは、質量のない物質に、運動量由来がゼロの近似式を当てはめて、既知のマクロの知識で、理解することに固執している。そこに答えはないのです。

＞素粒子と反粒子が対消滅した場合は、質量が消えて、光子のエネルギーに化けた・・・とも言える。
＞エネルギーは質量だと思っている立場では、化けたのではなく、質量は、前後ともそのまま変わらず存在すると思います。

素人の立場は回答に無関係です。だって、中身がわかっていないから質問しているあなたが、なぜわかっていないことに立場をとるのでしょう。それが新しい概念の理解のじゃまをするのではないですか？自分の理解に固執すれば、だれでも、新しい概念の理解は難しくなります。

素粒子は実際に消滅しているのです。質量も消えています。それは観測した事実です。実験でも確認されています。そして、消滅した質量に相当するエネルギーが、質量のない光子のエネルギー（運動量由来）に化ける。フェルミオンが消滅してボゾンの運動量エネルギーに化けたということです。

＞素粒子はエネルギーが局所的に高くなった状態のことだと言う人がいました。

そうですよ。場の量子論を勉強すればわかります。概念では永遠に理解できません。場とは、ゲージ対象性とは、ラグランジアン、ラグランジアン密度、作用、最小作用の法則、量子化、特殊相対性理論・・・・基本概念を理解すれば、疑問は解決します。

＞素粒子はエネルギーで、エネルギーは質量だと思っていたら、前後ともに質量は変わらず存在すると思ってしまいます。

違います。等価の意味は前述しました。

＞「エネルギーはそのまま質量で、質量はそのままエネルギー」ということですか。

違います。等価の意味は前述しました。

＞ちなみに、運動エネルギーは質量ですか。

違います。等価の意味は前述しました。

繰り返しますが、質量もまた、運動エネルギーや、位置エネルギーとおなじエネルギーの形態のひとつということです。

言い換えて逆質問は、科学的やりとりではNG。かえって、理解のさまたげになります。回答の文章を繰り返し読んで理解する。理解できないなら、暗記することに時間をかけてください。

＞分かりません。

自分の思考に固執したら永遠にそうなるのはしかたありません。

＞まずは定義が全てでしょう。対象が、その定義に合致するか、はずれているか、ではないですか。

定義に合致するかは、素粒子の質量の有無に無関係です。その考えが間違っているのだ・・・とまず認めることが、理解のスタート地点です。

＞あなたも、究極的には、そういうものだと覚えたのですか。それとも、究極的な部分でも、覚える以外のことをして理解したのですか。後者なら、どうしたのかを教えてください。

前者以外の方法などありません。まず、最初にそういうものだと覚えて、自分が間違っている、新しい概念なんだ・・・と認める。これが物理に関わらず学問の基本的態度です。だって、新しい概念を知るんですよ。今まで知らないことを知るんです。それを、既知の知識でいきなり解釈しようとするなんてできるわけありません。学問に王道なし！とはそういう意味です。

最初は不満かもしれません。それでも、暗記でもいいから、そういうものだと覚える。そして、あらゆる場面で、光子は質量がない、そのエネルギーは運動量由来だ・・・という前提で問題を解き事象の理解をする。そうやって基礎理論の勉強も進める。するとやがて、われわれが日常で思っている粒子と、量子論が描くミクロの世界では、抜本的に違うことがわかり、「あーこういう感じなんだなぁ」と、あとから理解がついてくる。ある日突然、霧が晴れたように、その意味がわかる。

これが学問の基本的なステップです。

＞何度読んでも分かりません。違いが分かりません。

理解へのステップを変えない限り難しいと思います。自分の理解の仕方に固執する人には、新しい概念は理解できないのです。あきらめるか、自分を変えるか・・・しかありません。

＞位置的なものでいうと、2つの質点を包むような十分に大きな範囲です。
＞位置的なものでない範囲なら、どういう範囲のことか(どういう説明を要するか)を教えてください。説明してみます。

意味がわかりません。質問をあなたがしているのに、私が範囲を答えることは、不可能です。ごめんなさい、これはさすがに、つきあいきれませんので、別質問でやってください。

No.9 回答者： tknakamuri 回答日時： 2023/06/07 10:15

ちなみに。

古典的な「質量」の定義は力/加速度なので
加速も減速もしない光の質量は、その進行方向に関しては
古典的には無限大です。
だから古典的な質量の概念からは逸脱した存在として
扱わないといけません。