有名な質量・エネルギーの変換原理である E=mc^2[J] の意味は何を表現しているのでしょうか。
質量m[kg]がすべてエネルギーE[J]に変換されると、それは光のエネルギー[J]で表現したものと同等である。と言う意味と解釈します。原子核分裂の理論で、昔は結合エネルギーと言う表現で質量分を解釈していたようです。結局は質量が核分裂現象の結果として分裂粒子の運動エネルギーや光やその衝突による熱エネルギーなどに変換されると解釈して良かろうと理解する。その質量の等価的エネルギーを光として表現したものと考える。質量が光に変換されると同じ意味で解釈すれば一番分かり易いと考える。だから質量とエネルギーは等価であると言う意味であろう。ならば、質量の正体は光あるいは熱(空間のエネルギー)であると言える。だから質量を持つ物(素粒子)の正体はすべて光(エネルギー)と看做せる。こんな解釈でE=mc^2の意味を解釈する。質量の正体は何かと言う疑問にご回答をお願いします。

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A 回答 (7件)

質量は、エネルギーをスピード表現した場合の物理量です。


エネルギー的に言うと、質量かける速さの二乗に比例する。(E=mc^2)

素粒子的にいうと、エネルギーの粒子は光子とか電子とか陽子とかという分類になります。
だから素粒子であればエネルギーがありますのでどのようなエネルギーでも質量に換算可能です。
違いは、そのエネルギーをどのように閉じているかどうかによって、重さの伝わり方が違いますので
たとえば、伝播している光子と箱に閉じ込められた光子(熱?)は違います。

ちなみにひゃまの飛んでもない光論では、光はスピードをもった空間で、電磁波はその空間そのものの振動で、光子のそのエネルギー量子です。
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>確かに、エネルギーが質量に変換されると言うことを実験的に実証することが難しのは分かります。



普通に行われている実験です。素人ができるような実験ではありませんが、それは、高エネルギーを必要とし、それを高度な技術によって、素粒子にあてる必要があるからです。また、生まれた素粒子の殆どは、短寿命で崩壊してしまうので、観測にも最先端の技術が必要です。ですが、実験は普通に行われ、さまざなま素粒子を作り出しています。エネルギーが質量に変換されるのは実験的事実です。

例えば、CERNのLHCです。13TeV のエネルギーです。すごいですね。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%A7%E5%9E%8B …

>エネルギーから質量に変換されないなら、質量がだんだん減少してエネルギーだけの世界になってしまうように思えます。

たしかに高エネルギーは、通常ではあり得ないので、目に見える物質(質量)が生み出される状況は限定的です。しかし、我々が物質と認識ししているもののうち、電子は素粒子なので、反電子と出会う以外は安定。陽子も、中性子も、ベータ崩壊はありますが、核子はそのまま安定して存在します。通常の原子核の反応で生み出させるエネルギーは、質量欠損の差、つまり結合エネルギーなので、もともとの物質は反応前後で物質は安定、エネルギーが別のエネルギーになっただけ。化学反応では、結合エネルギーの差が極小で取り出せますが、これも反応前後で物質は安定なので、心配する事象は起こりません。物質は、極めて安定的な存在です。
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エネルギーと質量は等価であるということ。

 エネルギーと質量を合わせて、保存則が成り立つというのが、現代の普通の考え方です。エネルギーは保存するけど、質量は保存しない・・・・とわざわざ言いません。だって、等価なんですから。なので質問者の話は、概ね正しい。現在物理学の常識です。

さて、標準モデルでは、素粒子の質量は、ヒッグス機構によって生まれます。その証拠として、ヒッグス粒子が発見され、2013年のノーベル物理学賞をとりました。モデルの正しさを証明したわけですね。本来質量を保たないはずの素粒子が、ヒッグス場との相互作用で質量を獲得する仕組みは、南部陽一郎の有名な自発的対称性の破れに始まる、物理学の基本的なアイデアですので、面白いですね。

でも、質量はエネルギーと等価だから、質量をもつ素粒子の正体は全て光ってのはナンセンスですね。実際、弱い力は素粒子の種類を変えるし、光が介在しない、限りない数の素粒子の反応があるのは、事実ですから。

さらに言うと、物質の質量のうち素粒子の質量はわずか数%です。

原子は・・・

① 中性子と陽子が、光子をやり取りして、電子と結びついたもの。
② 中性子と陽子は、アップクオークとダウンクオークが、グルーオンをやり取りして、結びついたもの

です。ところが、電子もクオークも軽い。それを結合させる光子にもグルーオンにも質量はありません。構成物質の総量では、物質の質量は説明出来ません。われわれが、普段、物質の質量と思っているのは、実は、強い力によって、核子に閉じ込められた結合エネルギーです。質量の正体と言えば、実質それが答えです。光を出さずに、未来永劫安定している物質はあるのは、だれもが知るところ。でなければ、私達も、この世に存在しません。なので、全てが光・・・というのも、安易な結論の飛躍に感じます。素粒子に端を発するものの、たいていの状況では安定している、中性子と陽子が、光子を介在して、電子と結びついている。光子、すなわち電磁波は、日常いたるところで観測されますが、中性子も、陽子も、電子も、安定して存在しています。

なお、よく誤解されますが、質量欠損とは、核子が自由な状態にあったときの質量の和と、原子核の質量との差のことです。核反応によって、反応前後の質量欠損の差が、放出されるエネルギーの根拠になります。当然、素粒子は反応前後で、安定して存在しています。(弱い力の反応は除く)同じように、通常の化学反応でも、結合エネルギーの差だけ質量は変化しますが、値が限りなく0なので、過去、化学反応にて、質量保存の法則が成り立つとされたのは、仕方のないことです。

ですので、物質が対消滅して、質量がエネルギーになって消えてしまうことを、質量欠損とは言いません。
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>それは光のエネルギー[J]で表現したものと同等である


この前提が間違いの元。
光に限りません、他のエネルギーに変換すれば、そのエネルギーと等価ですよ。
>その質量の等価的エネルギーを光として表現したものと考える
特に問題はありません
>質量の正体は光あるいは熱(空間のエネルギー)であると言える
逆は必ずしも真ならず、これに反することを地で行っています。
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>ならば、質量の正体は光あるいは熱(空間のエネルギー)で


>あると言える。

今の標準理論では間違いですね。

物質の質量の殆どは核子の質量ですが、
核子の質量の大部分は核子の内部エネルギーに由来し
電磁場エネルギーでは無いとされています。

光のエネルギー電磁場のエネルギーですが、
エネルギーには更に種類があるということです。

核子の内部エネルギーはクオークの色荷によるもの
(グルーオン)ですが、
QCDの詳細はよく知らないのでパス。
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質量がエネルギーに変換できるという意味です。

エネルギーが質量に変換できるとも言えますが、実証はないように思います。エネルギーは、いろいろな形態をとりますが、最終的には、熱になります。熱から他のエネルギーに変換することもできますが、その時に必ずロスがでます。つまり、不可逆ということ。言い換えると、エントロピーが常に増加するということ。質量は性質ですので、正体は何かというのは、無理な質問ではないでしょうか。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
確かに、エネルギーが質量に変換されると言うことを実験的に実証することが難しのは分かります。科学法則で、エネルギー保存則は唱えられますが、質量保存則は無いようです。それは質量がエネルギーに変換するから、保存するとは言えないからでしょう。難しいのは、エネルギーとは何かかも知れません。熱はエネルギーの一つの形態・状態でも有りましょう。ロスと言う意味もやはり熱エネルギーでしょう。原子力、火力発電所で、熱を利用して結局電気エネルギーと言う電線路空間に光と同じエネルギーを伝送させ利用している訳ですから、熱はロスではなくエネルギーそのものでしょう。自然界は実験で確認できなければ、その実相は科学論には成らないのが自然科学の論理ではありましょう。宇宙の星座が誕生するのも、熱エネルギーからとも採られるから実験で実証できなくてもエネルギーが質量になると考える方が合理的に思えます。質量からエネルギーに変換されるが、エネルギーから質量に変換されないなら、質量がだんだん減少してエネルギーだけの世界になってしまうように思えます。

お礼日時:2015/11/22 14:36

科学には「プラトン学派」と「アリストテレス学派」があります。

分かり易いのが量子論の「後ろの実在」に関する、アインシュタイン・シュレーディンガーの立場とコペンハーゲン学派の対立で、前者は実在があると考え後者は無いと考える。リチャード・ファインマンは「その議論は無意味だ、なぜなら立証出来ないから」とした。あなたの議論も同じだ、あなたは現象に「何かの表現」あるいは「意味」があって「解釈出来る」としているが、それは「空虚」で終わりがない「議論」になる、つまり「果てしのない、言い替え」でしかない。
科学で「言い替え」が認められるのは「過去の理論」では矛盾が起こる、あるいは予見出来ない、状態に押し詰められ、それを突破せねばならない時だ。「科学に意味は無い」
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Q質量欠損って何がなくなったの?

原発事故についての興味からいろいろ読んでいるのですが、ひとつ疑問が。

核融合あるいは核分裂の際に生ずる「質量欠損」は、一体何が「減って」しまったのでしょうか。
まさか素粒子ひとつひとつが小さくなったとは思えませんし。

お分かりだと思いますが、私は文系なので、できるだけ単純な足し算引き算でご教示いただけたら幸いです。

Aベストアンサー

ニュートン力学以前は「構成要素の質量の総和」を求めれば「全体の質量」が求まると考えられていたのですが、特殊相対論以降、その考えが正しくない事が明らかになったんです。
「全体の質量」と「構成要素の質量の総和」に差がある事をふまえて、その差が質量欠損と呼ばれています。

「質量欠損の分の質量」が消えたり減ったりした結果として、質量欠損が生じている訳ではありませんので、「何が減ったのか」という質問に対する答えは「何も減ってなどいない」という事になります。

核分裂により質量欠損が生じるのは、単に核分裂後に生じた粒子たちの質量を『個別に』考えているからです。たとえ核分裂後であっても、「核分裂してできた原子核たち全体」の質量は核分裂前と一切変わりません。



この質量の場合のように、「構成要素それぞれについて計算したある量の総和」が、
「全体に対してその量を計算して得られる量」と等しくないというのは、この質量の話に限った事ではありません。

a,b,cをベクトルとし
a= b + c
という関係があるとしましょう。

この時、三角不等式と呼ばれる
|a|≦|b|+|c|
という関係があります。(三角不等式と呼ばれます)
この不等式が言っているのは、
aという「全体」のベクトルの長さ(絶対値)は|a|よりも、
b,cという「(aの)構成要素」のベクトルの長さ(絶対値)の総和は|b|+|c|
の方が大きくなっています。


詳しい説明は省きますが、質量欠損というのも数学的にはこの三角不等式と等価な話です。a,b,cが原子核(の4元運動量)にベクトルの長さが原子核の質量に対応します。

ニュートン力学以前は「構成要素の質量の総和」を求めれば「全体の質量」が求まると考えられていたのですが、特殊相対論以降、その考えが正しくない事が明らかになったんです。
「全体の質量」と「構成要素の質量の総和」に差がある事をふまえて、その差が質量欠損と呼ばれています。

「質量欠損の分の質量」が消えたり減ったりした結果として、質量欠損が生じている訳ではありませんので、「何が減ったのか」という質問に対する答えは「何も減ってなどいない」という事になります。

核分裂により質量欠損が生じ...続きを読む

Q酸化するとなぜ発熱?質量欠損とかですか?

燃焼を調べてて最後にわからなくなりました。
燃焼が酸化反応だとすると酸化によって何のエネルギーが放出しているのでしょうか?。

たとえば生物が使っているATP3リン酸は結合エネルギーを使っているときいたことがあります。
酸化のように結合したときに熱を発したり、ATP3リン酸のように結合が外れたときにエネルギーとして利用できたり、わけわかりません。どっちなの?っていう。

自分はこう考えています。
水が気体になるときには、熱エネルギーを与えないとならないのだから、ATP3リン酸のように結合が外れるときは逆にエネルギーを与えなければならないような気がします。
これが核分裂のように質量欠損によるエネルギー放出してるなら理解できるのですが・・・。

まとめると
(1)物質が結合するときに発熱するのでよいのか?。そのとき放出するエネルギーとはなにか?。失われたポテンシャルとか運動エネルギーですか?
(2)結合エネルギーを使うってなに?。逆にエネルギーを与えないと結合は外れないのでは?
(3)ついでに質問なのですが、50度の1リットルの水と50度の1リットルの水を足すと、50度の2リットルの水になるけど、
500度の火と500度の火をあわせると1000度になると思うのですがどうですか?。

の三点についてお答えをお願いします。

燃焼を調べてて最後にわからなくなりました。
燃焼が酸化反応だとすると酸化によって何のエネルギーが放出しているのでしょうか?。

たとえば生物が使っているATP3リン酸は結合エネルギーを使っているときいたことがあります。
酸化のように結合したときに熱を発したり、ATP3リン酸のように結合が外れたときにエネルギーとして利用できたり、わけわかりません。どっちなの?っていう。

自分はこう考えています。
水が気体になるときには、熱エネルギーを与えないとならないのだから、ATP3リ...続きを読む

Aベストアンサー

ANo.5のお礼欄の疑問についてです。

「水を沸かせば重くなる」旨の記述を大量情報の中から見つけ出すのは、難しいかもしれませんね。商業的価値がありませんから・・。・・でも見つかりました。啓蒙的インパクトは大きいですからね。
http://homepage2.nifty.com/eman/dynamics/mass_energy.html
「冷たい水より、温かい水の方がその熱エネルギーの分だけごく僅かに重い」と、上から数行目にあります。

wikiの 質量保存の法則:
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F%E4%BF%9D%E5%AD%98%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87
の「現代科学における質量保存の法則」の項に「質量とエネルギーの総和」が保存される旨あります。核燃料と水で閉じた系を作り、秤に乗せたとしましょう。総重量は核反応が生じても変化しません。核燃料が質量欠損を生じるならば、温水にそれが添加されている事になります。1グラムの核物質が1ミリグラムの質量欠損を生じたとしましょう。200トン以上の湯が沸かせます。1グラムに対する1ミリグラム変化は測定可能でしょうが、200トンの1ミリグラム変化は、測定出来そうに無いし弊害もありません。それゆえ普通、言及されていないのでしょう。
ところで、そこの解説に「電磁相互作用に基づく変化(化学変化など)」という文面があります。まさにご質問の主題です。 なお、気をつけて読まないと「化学反応における”質量の保存”は近似的に成立している」の文面に混乱するかもしれません。「化学反応においても”質量とエネルギーの総和の保存”は正しく成立している」と読み替えて下さい(念のため)。

「燃焼系アミノ式」、なつかしいですね。
wikiで 燃焼:
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%87%83%E7%84%BC
を見ると命名が妥当だとわかります。「発熱を伴う激しい物質の化学反応のこと。・・・ また、生体内で起こる緩やかな酸化反応・・・も燃焼と呼ぶことがある。」

wikiで 生理的熱量:
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%94%9F%E7%90%86%E7%9A%84%E7%86%B1%E9%87%8F
の「生理学的熱量の定義と計測 」の欄を見ると、食物を空気中で燃やして得られた熱量でも、体内の酵素触媒反応で産生されるエネルギを推量できる事がわかります。熱(温度)に変えてもエネルギは保存されますから計測上は等価です。しかし力学的エネルギとしての利用効率は悪くなります。生物としては、なるべく熱を発生させないように化学ポテンシャルは利用すべきです。

wikiの エネルギー保存の法則:
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%83%8D%E3%83%AB%E3%82%AE%E3%83%BC%E4%BF%9D%E5%AD%98%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87
の最後に「エントロピーとエネルギーの「質」」という項目があります。そこに「利用効率の悪い熱エネルギー」という表現があります。

wikiの 熱力学第二法則:
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E5%8A%9B%E5%AD%A6%E7%AC%AC%E4%BA%8C%E6%B3%95%E5%89%87
の初めの方に「電気エネルギーは質の高いエネルギーであるが、温水のエネルギーの質は低い。」という表現があります。


「500度の火と500度の火」の問題設定は、少々乱暴ではありませんか。二つのガスのかたまりの接触と考えれば温度に変化は無いでしょう。しかし密度を2倍にする、つまり加圧するというなら話は違います。大気中に開放して燃焼させる場合には、膨張を許すことでも温度が低下している筈です。箱に混合気を1気圧で充填して爆発させた場合と2気圧で充填して爆発させた場合なら、後者の方が高い温度になると言えそうです。温度の具体値の計算は勘弁して下さい。しかし少なくとも摂氏温度の加算では求まらないと思います。

ANo.5のお礼欄の疑問についてです。

「水を沸かせば重くなる」旨の記述を大量情報の中から見つけ出すのは、難しいかもしれませんね。商業的価値がありませんから・・。・・でも見つかりました。啓蒙的インパクトは大きいですからね。
http://homepage2.nifty.com/eman/dynamics/mass_energy.html
「冷たい水より、温かい水の方がその熱エネルギーの分だけごく僅かに重い」と、上から数行目にあります。

wikiの 質量保存の法則:
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F%E4%BF%9D%E5%AD%98%E3%81%AE%E...続きを読む

Qなぜ物質の存在で時空がゆがむのか?

「一般相対性理論では時空は物質の存在によって歪み、この歪みが重力の正体としている。」とwikiにあります。なぜ物質(質量?)で時空が歪み、それが重力になるのでしょうか?ここでいう歪みとはどんなものですか?わかりやすく教えて頂けると助かります!

Aベストアンサー

 物理の理論は、何を前提条件(原理)にして組み立てるかによって、「不変」のものと「可変」のものが決まります。

 特殊相対論では、「光は空間の2点間の最短距離を進む」「光の速度は座標系によらず一定(光速度不変)」を前提条件としています。

 さらに一般相対論では、「重力」と「加速度運動」は区別がつかない、という「等価原理」を前提条件にするので、下記のサイトの「等価原理」にあるように、光が重力で曲がることになります。
   ↓
http://www.netlaputa.ne.jp/~hijk/memo/relativity.html

 「光が曲がる」のは、「光は空間の2点間の最短距離を進む」という前提に反することになるので、前提を成立させるために「空間が曲がる」(光自身はこの曲がった空間の最短距離を進む)ということにしたわけです。
 あくまで理論上のことなので、実世界での経験上これを実感することは不可能でしょう。

 よく、2次元の平面を考え、重いものが乗るとその部分が下にさがって平面が歪む、ということで「空間の歪み」を説明する方もいますが、それは我々が「3次元」を知っているからで、本当に2次元だけの世界に生きていたら、平面の歪みは理解不能でしょう。同様に、3次元の世界でモノを見ている我々が、「3次元空間の歪み」と言われても、これは理解不可能だと思います。

 物理の理論は、何を前提条件(原理)にして組み立てるかによって、「不変」のものと「可変」のものが決まります。

 特殊相対論では、「光は空間の2点間の最短距離を進む」「光の速度は座標系によらず一定(光速度不変)」を前提条件としています。

 さらに一般相対論では、「重力」と「加速度運動」は区別がつかない、という「等価原理」を前提条件にするので、下記のサイトの「等価原理」にあるように、光が重力で曲がることになります。
   ↓
http://www.netlaputa.ne.jp/~hijk/memo/relativity.html
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Q熱の正体は分子の振動、ではそのエネルギーの正体は?

 熱の正体は、分子の振動!よく解りました。
では、分子を振動させるエネルギーの正体とは
一体なんなのでしょうか?分子が振動させるた
めには、どのような作用が働くのでしょうか?
エネルギーって、言葉自体が漠然としていませ
んか?イメージ出来ません。ぜひ又、ご教示を!

Aベストアンサー

エネルギーというのは、簡単に言うと”潜在能力”といっていいと思います。つまり、「エネルギーが在る」とは、「何かをし得る能力が在る」と翻訳できると思います。でも、直感的には「何かをする」には「何らかの力が働く」と考えるのが普通でしょうね。

で、おたずねの件の「分子を振動させる作用」ですが、このように考えたらどうでしょう?

化学結合している2原子分子、A-Bが真空中に在るとします。イメージ的には、バネでつながった2つの球を考えて下さい。
このままでは、振動は”しない”はずで、A-B 間の距離も変化しないでしょう(原子は大きいので、零点振動は無視しますね)。この時のA-B 間の相対位置を基準位置とします。この分子にとっては、この相対位置が安定なのです。

この分子が振動するには、何らかの力が必要です。叩いてもいいし、どうにかして分子中の電子分布を変化させてもいい。そのような何らかの力によって初速度?をもった分子は、”基準位置に戻ろう”とします。つまり、分子は何らかの力を受けたため安定でなくなり、”安定になろうとする能力”、すなわち”エネルギー”を受けたことになります。あとは振り子の場合と同じで、「運動エネルギー」と「位置エネルギー」の交換が起き続けることになります。これが振動の原理ということになります。まあ、巨視的な振動と基本的には同じですね。

最初の初速度は何によってもたらされたのかは、たぶん宇宙誕生と関わりが在ることなのでしょうね。そちらは専門ではないので、代わりにこのような分子の振動が変化する場合はどういう場合かついて2つ述べましょう。

まず一つは、atsuotaさんと同じく、分子間の衝突が上げられますね。

もう一つは、光(=電磁波;分子の振動に対しては、赤外線)によるものです。これは、分子が荷電粒子(電子・陽子)の集合体であるためで、それらと電磁波における”(振動)電場”とが相互作用します。

エネルギーというのは、簡単に言うと”潜在能力”といっていいと思います。つまり、「エネルギーが在る」とは、「何かをし得る能力が在る」と翻訳できると思います。でも、直感的には「何かをする」には「何らかの力が働く」と考えるのが普通でしょうね。

で、おたずねの件の「分子を振動させる作用」ですが、このように考えたらどうでしょう?

化学結合している2原子分子、A-Bが真空中に在るとします。イメージ的には、バネでつながった2つの球を考えて下さい。
このままでは、振動は”しない”はずで、A...続きを読む

Q類人猿化石が少ないのは何故?

猿人から人間へ進化した約500万年間のチンパンジーやゴリラの祖先の化石が見つからないのは何故でしょうか?

発見した学者が功を焦って、チンパンジーやゴリラの祖先も強引に人類化石にこじつけているということはないのでしょうか?

Aベストアンサー

 1番回答者です。お礼文を拝見しました。

> 大型類人猿は衰退一途だと述べているのを見たことがあるので

 たしかにそうなんですが、衰退の一途をたどってきて現在これだけいるということは、猿人原人の時代には、大型類人猿はもっとたくさんいただろうと言えます。

 で、数がたくさんいたなら、それだけ多くの大型類人猿の化石があって当然ですから、数の問題ではないと思います。

 言えるのは、人間の祖先は草原が生活の中心だったのに対して、大型類人猿は密林が生活の中心だった(気候変動で密林が移動した場合も、密林とともに移動した)はずです。

 ジャングルにはいろんな細菌や菌類などなどがいますので、骨まで消化されて化石には成りにくいということもあるかもしれません。

 また気候の変化でジャングルが今は草原になっていたりして、類人猿の骨は多少見つかっていても、大量には見つかりにくい(密林を掘り返せばまだたくさん化石が眠っているかも)という点はあるかもしれませんね。

 それはともかく、「これは猿人の化石だ」と言うためには、比較・判別するための「その時代の大型類人猿の祖先の化石」が必要です。

 「ここの仕組みが違うから、これは猿人の骨の化石だ」というふうに言わなければならないのですから、大型類人猿の化石もそれなりの数見つかっているのだと思われます。
 

 1番回答者です。お礼文を拝見しました。

> 大型類人猿は衰退一途だと述べているのを見たことがあるので

 たしかにそうなんですが、衰退の一途をたどってきて現在これだけいるということは、猿人原人の時代には、大型類人猿はもっとたくさんいただろうと言えます。

 で、数がたくさんいたなら、それだけ多くの大型類人猿の化石があって当然ですから、数の問題ではないと思います。

 言えるのは、人間の祖先は草原が生活の中心だったのに対して、大型類人猿は密林が生活の中心だった(気候変動で密林が移動...続きを読む

Q重力による時間の遅れがわからない

こんにちは。
重力が強いほど時間の流れが遅くなる理由について教えて下さい。
よく特殊相対論による時間の遅れについては、光時計の比喩で説明されていて分かるのですが
光速に近づくにつれて光線が斜めに伸びて、光線が戻ってくるまでに1秒以上かかります。

重力が強い程に時間の流れが遅くなるのをこの光時計の比喩でわかりやすく教えて下さい。

ちなみに『竜の卵』というSFでは中性子星にチーラという知的生物がいて
人類の100万倍の進化速度になる理由を教えて下さい。
設定では直径20kmで表面重力は670億G。
なぜ重力が強くて時間の流れが遅いのに、100万倍の速度なのかがわかりません。
地球時間では15分がチーラでは60年に相当するそうです。
だから人類の科学力をあっという間に追い抜いてしまうそうですw

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

 相対論では真空中の光速度が基準で、時間や空間(時空)は、光速度により変化します。

 光も重力で自由落下します。もし重力源に逆らって光を放つ、つまり星の表面から光を放てば、真空中の光速度(秒速30万km)と自由落下する速度の合成(足算)になります。

 これは水中での光の速度が遅くなるのとは異なり、時空の性質によるものです。そのため、光は相変わらず宇宙での特別の速度であり、やはり光は時間や空間の基準となります。

 遠方から見て、星の表面から放たれる光が重力のために秒速15万kmとなるなら、星の表面での時間は、遠方から見ると半分の速さで進んでいます。なお、その星の表面で見れば光は(局所的には)秒速30万kmであり、自分の時間の速さが遅くなっているとは観測できません。それが一般相対論がいう、重力による時間の遅れです。

 しかし、その星表面から遠くを観測すれば、自分より倍の速さで時間が進んでいることが分かります。相対速度を持つ者同士が、どちらも相手の時間がゆっくり進んでいると主張して、それがどちらも正しいという状況(特殊相対論がいう時計の遅れ)とは異なります。

>なぜ重力が強くて時間の流れが遅いのに、100万倍の速度なのかがわかりません。

 そうなりません。中性子星表面の時間は、強い重力のため(赤道などだと速度の影響も少し加わる)、遠方に比べると遅くなっています。竜の卵に出てくる中性子星の知的生命体チーラはの生物的な感覚時間が速いのは、チーラがいわば巨大原子核が生物になったようなものだからです。

 思考であれば、人間の脳は化学反応により思考しますので、光速度の制限はもとより、化学反応速度の制限を受けます。チーラは、それが原子核内の反応であるため、とてつもなく速くなっています(生きた量子コンピュータみたいな感じ)。

 なお、チーラやその生活環境は、自然科学を度外視しての想像ではなく、中性子星表面で起こり得る反応を考慮して設定してあるようです。

 相対論では真空中の光速度が基準で、時間や空間(時空)は、光速度により変化します。

 光も重力で自由落下します。もし重力源に逆らって光を放つ、つまり星の表面から光を放てば、真空中の光速度(秒速30万km)と自由落下する速度の合成(足算)になります。

 これは水中での光の速度が遅くなるのとは異なり、時空の性質によるものです。そのため、光は相変わらず宇宙での特別の速度であり、やはり光は時間や空間の基準となります。

 遠方から見て、星の表面から放たれる光が重力のために秒速15万kmとな...続きを読む


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