全ての物質は光速度に近づくにつれて質量が無限大に近づくにもかかわらず、光子の質量が無限大でないのはなぜでしょうか?

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A 回答 (2件)

 


  光子は、古典的な意味で物質ではなく、相対論的な意味でも物質でないはずです。質量を備えるものを「物質」というなら、光子には質量がないからです。
 
  質量のある物質は、古典的には、運動エネルギーは、E=(1/2)mv^2 で、運動量 P=mv です。
 
  特殊相対性理論では、速度vが光速cに近づくにつれ、運動エネルギーは無限へと近づきます。相対性理論での運動エネルギーの式を、vの巾乗でテーラー展開すると、初項つまり第ゼロ次項は、m(c^2)v^0 となり、第一次項が、(1/2)mv^2 となります。この後第二次項、第三次項……と無限に続き、第一次項は、その形から言うと、古典力学でいうエネルギーの式になり、第二次項以下の項の和が、v→cで、無限に発散するのです。
 
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  光子は、質量がゼロにもかかわらず、光速で運動しているが故に、エネルギーや運動量を持ち、電子などと衝突すると、エネルギー保存の法則や、運動量保存の法則に従うのです。
 
  回答は、光子の質量がゼロであるからですが、もう一つは、「静止している光子はない」ということです。
 
  光速で運動している光を量子で考えたのが光子で、電子などは、0から光速未満のあいだの任意の速度を持って運動できるのですが、光子は、運動速度は、光速しかないのです(ただし、液体のなかなどを通過すると、液体のなかでの光速は、cの90%とか80%という値になり、光子を電子が追い抜くというような現象が生じます。チェレンコフ放射という現象は、電子よりも光子の速度が、液体中では遅いので、電子のまわりの仮想光子が、運動する電子から取り残されて、現実の光・光子として出てくる現象です。cは、「真空中の光の速度」です)。
  
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この回答へのお礼

御礼が遅くなり大変恐縮です
本当にありがとうございました。
また質問しますのでそのときにはよろしくお願い致します。

お礼日時:2002/05/05 17:19

光子の静止質量がゼロだからだと思います。


静止質量が有限ならば、光速になったときに質量は無限大になってしまうので、光速になることは出来ません。
静止していない通常の光は質量を持っていると思います。
E=mC~2に相当するmだけの質量を持つことになります。
一般人なので、このくらいしか分かりません。よって、回答は自信なしです。
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この回答へのお礼

御礼が遅くなり大変恐縮です
本当にありがとうございました。
また質問しますのでそのときにはよろしくお願い致します。

お礼日時:2002/05/05 17:17

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宜しくお願いします。

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 量子光学屋で、素粒子論は耳学問なんですが、とりあえず知ってるつもりのことだけ、書かせていただきます。

 古い話ですが、ヤン-ミルズ理論~電弱統一理論では、光子のうち弱い相互作用を司る量子が質量をもち、電磁気力を司る光子が狭い意味でのフォトンになったわけですから、光子が質量をもたないのではなく、電弱統一理論の力の素粒子のうち、質量を持たない方が、光子と呼ばれるものである、というのが律儀な言いかたなのかもしれません。

 ただ、光子のエネルギーは、容易に質量となり、また、その逆も容易に起きます。

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という、禅問答のような、とおりいっぺんの説明では納得できない気持ちになる原因だと思います。

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始めまして、FIXと申します。

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 「時空連続体の中を我々が光速で進んでいて光子が止まっている」という話は聞いたことはありませんが、そうだとすると、我々の中で速い遅いがあるのはどう説明されるのでしょうか。
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