質量の増大について

質問

イメージもしくわたとえ話で教えていただきたいのですが
光速度に近付くにつれて質量が増大するのは、どんなメカニズムなのでしょうか。教えてください。

回答No.1

hitomura

ロケットのスピードを上げたいときには、後ろからガスを噴射します。
噴射することによって、その反動で前方に向かう力が発生します。
この力が、一定の大きさで、いつまででも出せるロケットを考えます。
＃実際には、ガス噴射の燃料は無限に積めませんし、
＃大量に積めば燃料自体の重さのせいでスピードが落ちるのですが…

このロケットでどこか遠くの星を目指して出発したとします。
最初のうちは順調に速度を上げていきますが、光速に近づくにつれて速度の増加は少なくなってきます。そして、ロケットの速度は光速になることはありません。

ここで、ちょっと話題を変えて、物を押して動かすときの話をしましょう。
三輪車を押して動かすのにあまり力はいりませんが、乗用車を押して動かすのには力がいります。
＃正確には「動かし始める」ときの話です。スピードを維持するにはどちらもあまり力はいりません。
また、坂道を下ってくる小石を受け止めるのは簡単ですが、坂道を下ってくる大岩を受け止めるのは大変です。

このことから、軽いものの速度を変えるのは簡単だが、重いものの速度を変えるのは大変だ、ということが分かります。
＃数式を使って書くと、力をＦ、ものの重さをｍ、速度の変化を表す加速度をａとして、
＃　Ｆ＝ｍ×ａ
＃となります。

ここでロケットの話に戻ると、加速しようとする力は同じなのに速度の変化が小さくなるのは、ロケット自体の重さが増えて速度を変えるのが大変になったせいだ、という説明がつきます。
＃再び数式を使うと、Ｆは変わらないのにａは小さくなっているため、
＃　ｍ＝Ｆ／ａ
＃が増加している、という解釈です。

お礼

hitomuraさん、ありがとうございます。
ロケットや坂の話は、参考になります。ただ、物質そのものが、質量を増すメカニズムが知りたいのです。ロケットそのものが質量を増すのはなぜなのでしょうか。(燃料ではなくて)