E＝ｍｃ２の ［光速の２乗をかける］の意味が全く分かりません。

質問

E＝ｍｃ２の　［光速の２乗をかける］の意味が全く分かりません。
原爆に使用されたとの事ですが、
光速の２乗という状況？を具体的にどういう原理で作り出しているのですか？

中学１年生に教えるレベルでお願いします。

回答No.3

sanori · ベストアンサー

こんにちは。

＞＞＞E＝ｍｃ２の　［光速の２乗をかける］の意味が全く分かりません。

たとえば、
１ｋｇ（１ｇ重）の力でひっぱったとき、２０ｃｍ伸びるバネがあるとします。
すると、２ｋｇの力では４０ｃｍ、３ｋｇの力では６０ｃｍ伸びます。
これを式に表すとき
１ｋｇ　＝　２０ｃｍ
２ｋｇ　＝　４０ｃｍ
３ｋｇ　＝　６０ｃｍ
と書いてはダメだということは、中学生でもわかります。

１ｋｇごとに２０ｃｍ増えるので、比例係数は　２０ｃｍ／ｋｇ　と置けます。
１ｋｇ　×　２０ｃｍ／ｋｇ　＝　２０ｃｍ
２ｋｇ　×　２０ｃｍ／ｋｇ　＝　４０ｃｍ
３ｋｇ　×　２０ｃｍ／ｋｇ　＝　６０ｃｍ
重さ（ｋｇ）　×　２０（ｃｍ／ｋｇ）　＝　伸びる長さ（ｃｍ）

同様に、重さをエネルギーに取り替えることが可能であることを
１ｋｇ　×　｛３０万（ｍ／ｓ）×３０万（ｍ／ｓ）｝　＝　９００億（ジュール）
２ｋｇ　×　｛３０万（ｍ／ｓ）×３０万（ｍ／ｓ）｝　＝　１８００億（ジュール）
３ｋｇ　×　｛３０万（ｍ／ｓ）×３０万（ｍ／ｓ）｝　＝　２７００億（ジュール）
ｍ（ｋｇ）　×　｛３０万（ｍ／ｓ）×３０万（ｍ／ｓ）｝　＝　Ｅ（ジュール）
ｍ×（ｃ×ｃ）　＝　Ｅ
Ｅ　＝　ｍｃ^2
と表すことができます。
ｃ^2　というのは、比例係数に過ぎないということです。

ちなみに、「光が１秒で進む距離を１メートルと表す」というルールに変更したとすれば、
Ｅ　＝　ｍ
という超簡単な式になります。

＞＞＞光速の２乗という状況？を具体的にどういう原理で作り出しているのですか？

走っているクルマの上に乗ってボールを投げる人がいるとき、
それを見ている人にとっては、前に投げたボールは速く見え、後ろに投げたボールは遅く見えます。
また、音の場合も、風がある場合は、風上から風下に向かう方向のほうが速く伝わります。
光も同様だろうと考えた科学者達は、観測や実験を行いましたが、
どんなに観測・実験をしても、その証拠が見つかりませんでした。
そこでアインシュタインは、
「光源が動くスピードに関係なく、光の速さは誰にとっても同じ」
という斬新な仮定をしました。
そして、数式いじりをした結果、生れたのが相対性理論です。
Ｅ＝ｍｃ^2　という驚くべき式も、その数式いじりの中から誕生しました。

＞＞＞原爆に使用されたとの事ですが、

知らない人が多いですが、実は、原爆・原子力に限った話ではありません。
たとえば、中学・高校では、化学反応の前と後とで物質に変化が生じても、
重さの合計は変わらないということを学びます。
しかし、これは厳密に言えば「うそ」で、
熱を出す化学反応は、すべて、熱を出した分だけ合計質量が減ります。
たとえば、紙を燃やして二酸化炭素や水蒸気ができれば、
紙の重さ　＋　反応した酸素の重さ　＝　二酸化炭素の重さ　＋　水蒸気の重さ
ではなく
紙の重さ　＋　反応した酸素の重さ　＞　二酸化炭素の重さ　＋　水蒸気の重さ
です。
あくまでも、ほんのちょっとだけですが。

お礼

ああ！比例係数！そーゆー事ですか。。
馬鹿全開ですいませんでした。

ナゼか天文のカテに書いていましたし・・・

ありがとうございました。

回答No.5

雪中庵（@psytex）

＞原子核を中性子で核分裂させる時にそれが発生するのですか？

静止質量（原理的光速性の潜在化による“静止”エネルギー）が輻射
エネルギー（光そのもの）に転化する時に、その階層現象性の深さが、
解放されるエネルギーの大きさとして表れます。

＞ココをもう少し詳しくお願いします。

現象的な結果の記述なら日常の言語の延長で表現できますが、原理的な
プロセスを解説するには、相対論効果や量子論的解釈といった基本的な
予備知識が前提となり、「中学生に分かる」どころか、大人でもここで
の文章量では不可能です。

「時間的運動」を理解するには、「時間」がどのようなものか理解して
いる必要がありますが、それは決して易しくはありません。
たとえば「無の潜在としての認識可能性(感受表面=現在=光速)の“断面”
の移動＝自我仮説(時間=経験=過去=超光速)と、時空仮説(空間=可能性
=未来=光速下)の相補的対発生」と端的に言ったところでよく分からず、
たとえば；

１．時間の不可逆性は、一般的（統計力学的）には「エントロピー増大」とされるが、微視的（本質的）にまで通用する不可逆現象としては、宇宙の膨張＝不確定性(h)で相殺すべき空間の増大＝不確定性の収束（cの減少）。
即ち各時点で、原理的レベルで異なる定数によって成る＝異なる認識可能性を一つの軸（自我同一性）にするところに、時間性は依拠している。

２．全ての環境認識は、認識体の感受表面における量子相互作用（光だけでなく、音や触覚のような運動量の交換や、味覚や嗅覚のような化合物の反応も、最終的には量子相互作用であり、その“向こう”にある媒質の違いに過ぎない）である。
そこにおける、光や音のような情報性（先行感覚）に対して、触覚や味覚のような実体的感覚の蓄積を相関させる、即ち経験（時間的記憶）による予測（空間的広がり）として、時空は生じている。

３．存在の実態において、現象表面的には静止していても、細胞レベルでは新陳代謝し、分子は振動し、原子レベルでは回転し、という具合に、現象階層性を遡るほどに、より高速で運動しており、スーパーストリングやM理論といった“究極の理論”においては、量子相互作用＝光速に至っている。
光速で運動する物体は時間が経過しないという事からいえば、宇宙の発生は階層現象表面性に付随して派生するものであり、原理的には宇宙の果てのビッグバンの壁と“瞬間相互作用”でつながっている＝現象表面的時空仮説に対する“光の風（量子相互作用）”＝認識可能性における無の射影として、存在性は発生している。

４．無の無限性（確率的存在を無限に詰め込むと、存在確率の山が平坦になって無と等価）の潜在としての認識可能性の仮説的移動の相殺としての量子相互作用＝光速に対して、その時空仮説における階層現象表面的に生じる非光速性の、超光速（エネルギーが虚数になる＝相互作用(自乗)においてマイナス＝時間軸逆行と等価）領域を過去とし、光速以下を未来として、「自己（現在＝光速）からの過去（超光速）と未来（光速下）の対発生」という構造が成り立つ。
その過去（経験）による未来（予測）による仮想的現在において存在性が生じる時、その超光速（光速下と超光速領域を分ける認識体はブラックホールと相同）における時空軸の転換において、仮想的延長において直交基底をなす時間軸（過去の経験）と空間軸（未来の予想としての空間的広がり）は同一軸であり、即ち、存在性の本質をなす不確定性原理における二対の相補性、「位置(S)と運動量(位置の時間的変化St)」「時点(T)と質量(時間的相対運動Ts)」は、本質において同一軸であって「相補的」ではなく、仮想的現在への延長において生じているということだ。

５．こうした条件を認識した上で、相対性理論の規定する四次元時空の方程式を見ると、時間項がマイナスになっていて、時間軸と空間軸の等距離点に“ライトコーン（量子相互作用）＝０の広がり”、という界面原点が生じることも納得できる。
時間軸は、自我仮説性が持ち込んだ“余分な軸”であり、それによって生じた時空仮説に対して、相対性理論における光速限界や量子力学における相補的不確定性は、無の射影としての補完的なものなのだ。
原理的に無であるとは分からないことが、有限性を生じている＝存在の本質なのだ。

こうした「時間」の実態を理解すれば、先の解説も容易なものとなります。
（「予備知識」の方が大変）

お礼

こんなに詳しくありがとうございました。
最初の１０行目までは理解できました。
基礎を磨いてから挑戦します。

結局のところ
光ってナンだとお考えですか？

回答No.4

isa-98

質量から勉強した方がいいな。
いきなり運動すると脳が壊れます。

ここの一番下に導入式はあります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F

エネルギーと質量は等価であると説いています。
それ以上は中学生では計算は難しいです。　つ＾＿＾）つ

お礼

ですね。
ありがとうございます。

回答No.2

fujiyama32

この式を理解するには中学生1年のレベルでは難しいと思います。
この式の考え方をやさしくイラスト入りで解説した科学雑誌(月刊誌)
があります。
この本を購入するか、図書館で借りて読んで下さい。
なお、理解するためには、相対性原理や光速度不変原理についても
勉強する必要があるようです。

書籍名：Newton 2010年 5月号
特集：E＝mc^2
参照頁：18～51頁
発行元：ニュートン プレス社
定　価：1,000円（税込）

お礼

確かに基本を知らずに理解出来るハズありませんね。
ありがとうございました。

回答No.1

雪中庵（@psytex）

たとえば、運動する物体のエネルギーは、Ｅ＝1/2mc2です。
つまり、静止している物体とは、光速で時間軸を移動しており、
そのエネルギーであると考えれば分かりやすい。

なぜそうなるかといえば、そうした「静止」している物体も、
分子は熱振動し、原子では電子が回転し、という具合に、
原理的に遡るほど、高速で運動し、ついに超ひもにおいて量子
＝光速で運動しており、そうした階層現象性を表面的に捉える
（光速性を潜在化させる）ことにおいて「静止」は可能になっ
ているからです。
（だから逆に空間的に光速で運動すると(相対論効果で)時間的
に停止する(時間軸的運動量が空間方向に転化する)のです）

お礼

原子核を中性子で核分裂させる時にそれが発生するのですか？

＞光速で時間軸を移動しており

↑ココをもう少し詳しくお願いします。