粒子というのはエネルギーのどのような状態

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質問者：medamaclip4
質問日時：2011/10/25 08:41
回答数：5件

粒子というのはエネルギーのどのような状態なのでしょうか。

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回答 (5件)

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No.5

回答者： cozycube1
回答日時：2011/10/29 21:10

　お礼、ありがとうございます。

#2です。

>質量あるものはすべて粒子性があると考えて差し支えないとの事となりますでしょうか？

　いえ、そうではありません。まず質量という言葉の定義をはっきりさせておきましょう。でないと、考えていることにずれが生じますから。

　ちなみにまだ、古典的な観点です。
　特に断らない限り、質量とは、いわゆる静止質量、つまり自分が観測者だとして、その自分に対して静止している物体（つまり、同じ慣性系にある物体）ないしは素粒子の質量ということにします。

　後で出て来るかもしれませんので、運動している物体については、その相対速度によって変化する、相対論的質量というものもあります。これについては、基本的には都度、相対論的と書くようにします。

　さて、光については、粒子的、近代物理学的には正確には粒子とは言えないので、量子と言いますが、それは今は置いておくことにして、（古典）粒子的には、静止質量は0です。きちんと粒子的に光を扱う場合は、量子論的になり、アインシュタインが光量子と呼び（これでノーベル物理学賞受賞）、後に光子（フォトン）と呼び名が変わった量子として、量子力学（これは光子を扱えません）の先にある、場の量子論で扱っています。
　ただ、ケースバイケースで、定性的には完全に粒子的に説明できる場合もあります（光電効果など）。

　しかし、ご存じとは思いますが、光（光子）は、光速度以外の速度になることができません。あくまでも、それが仮に停止したとしたら、質量が0だということです。ちなみに、相対論的には、静止質量が0の物体は必然的に光速度以外の速度にならないことも示されます。

　光（光子）は、必ず光速度を維持するため、相対論的には運動量も運動エネルギーもあります。普通はそこで止まりますけど、実用上としては、先に述べた相対論的質量そのものではないですが、それに似た取扱いで質量があるように仮定して、計算することもできます。

　もし、そこに物理学的意義を見出すなら、光も質量があると考えてもいいでしょうね。これは、計算上の便宜と解釈だけのことですので、自由に取扱い、考えても差し支えないところです。

　長くなりました。申し訳ありません。
　相対論的に拡張すれば粒子は必ず質量があると考えてもいいし、質量をあくまでも静止質量のことだとこだわるなら、粒子に質量がない場合もある、と考えてもいいことになります。

　粒子を、きちんと量子とし、波として扱う場合も考えると、さらにややこしいので、申し訳ありませんが、これは一応パスしたいと申し上げておきます。光子の便宜上の質量はともかく、波の質量って、もうどういう解釈なのか、さっぱりです(^^;。

　えー、粒子に逃げ戻りまして、粒子の質量の定義は、学習者や研究者の便宜や解釈だけのことですので、どちらを取っても何ら差し支えありません。ちなみに私は、その場その場で便利（と書いて「らくちん」と読む^^;）なものを、選んで使うことにしています。