エネルギーについて

質問

物質はエネルギーから出来ています。と聞きました。物質は原子や分子で出来ていて、それをどんどん小さくしていけばエネルギーになる。と聞きましたが、(1)これは本当でしょうか？(2)また、物質をどんどん小さくしていった時のエネルギーは、皆、同じでしょうか？例えば、ウランを、どんどん砕いていってエネルギーになった。水素原子を砕いていって、エネルギーとなった。この両方のエネルギーは同じなのでしょうか？(3)もし、同じだとしたら、どうして違う物質になるのでしょうか？

回答No.7

maekawadesu

物質は分子からできている。
分子は原子からできている。
原子は原子核と電子からできている。
原子核は中性子と陽子からできている。
中性子や陽子はいくつかの種類のクォークからできている。
電子はクォークの1つの状態。

いまのところ確認されているのはクォークのレベルの状態みたいですが、理論的にはさらにさきのレベルの議論がされているようです。

ですので、物質を細かくしていくとエネルギーになるというのはあまり正しい表現ではありません。

たとえば、

ウランがより軽い原子に「崩壊」したとします。そのとき熱エネルギーがでてきます。
その熱エネルギーを利用しているのが原子力発電です。

水素と水素を「融合（合体）」させると、熱エネルギーがでてきます。
その熱エネルギーを利用しているのが太陽です。

上記の「分裂」「融合」では反応の前後で質量が減少します。その質量が熱エネルギーに変わります。

つまり、「質量エネルギー」→「熱エネルギー」となったと考えられます。

もちろんその逆も可能です。

いずれにしても、「エネルギーの総量」は変化しません。「エネルギーの状態」が変化するだけです。

長くてすいません。

補足

分かりやすい！！！ありがとうございます＾＾よく要点を押さえて、説明してる感じがします。

回答No.6

sqwe-ir

熱では無いんです。

空間も持つエネルギー。
次元のエネルギー。

E=MC^2のばやい、
原子１個ぶっ壊すにはこんだけエネルギーが必要。
逆に、作るにもこんだけのエネルギーが必要。

ここでぶっ壊れて出てきた物質がどうやって作られたのかが問題。

大統一理論では、全部は元は一緒だった。
と言う事で、

それをどんどん小さくしていけばエネルギーになると言うのは本末転倒。
元は一緒なのだから、数値では置き換えられる。

元の状態では、エネルギーも、質量も、重力もごちゃまぜ。

現在は、分裂したので、
熱は熱。重力は重力。質量は質量。

きっぱり、みたまんま。＾○＾

回答No.5

shiara

No2です。私が問題としているのは、用語の意味についてです。「質量」が「エネルギー」と等価であることは皆さんのおっしゃるとおりですが、「物質」と「質量」（または「エネルギー」）はまったく別物です。この場合、「物質」とは何か、というのが問題になります。私はそこまでは分かりませんが、少なくとも、「物質」は、「エネルギー」「運動量」「スピン」「電荷」等々の性質を持っているものです。例えば、この物質は静止エネルギーとして○○ジュールのエネルギーを持つ、というように使います。「エネルギー」だけが存在するのではありません。
　単なる用語の問題のようですが、複数の人が議論をするときには、その用語の意味について共通の認識を持つ必要があります。そうでなければ議論は成り立ちません。

回答No.4

nanairo-unko

物理ど素人ですが回答させてください。

物質がエネルギーになる、とういのはNo.1さんのいうとおり、アインシュタインの有名な公式E=MC^2によります。１ｇの物質が持つエネルギー量は同じってことと解釈しています。（持つといのも変な表現です。物質＝エネルギーなのですから）

No.2さんの「エネルギーは、物質のもっている性質の１つ」というのは、何を言いたいのか、その文章のみでは判断しかねます。

どんどん砕いていったらエネルギーになるってのは、比喩としてはいいのかもしれませんが、的確ではないです。物質は、原子で構成され、原子は、電子、中性子、陽子から構成され（これ以外にも素粒子はたくさんありますが）、これらは、クオークから構成されていると考えられています。クオークは単体で取り出すことは不可能で、理論的なものですが、物理法則をうまく説明してくれるので取り入れられています。さらには、これらは高次元のヒモの運動のしかたによって、いろいろな素粒子にみえるだけなんだ、という説もあります。
今の素粒子物理学では、どんどん砕いていっても、エネルギーには到達しません(^^)　
ただし、素粒子論には、物質＝エネルギーとの考え方が反映されていはいます。

ウランなどの放射性物質は、核分裂によってエネルギーを放出します。そして、核分裂によって生成されるすべての粒子の質量を足しても、もとのウランの質量にはなりません。ほんの少しだけ質量が減るのです。その分の質量がエネルギーに変換されたわけです。
水素などは、核融合によってエネルギーを放出します。水素原子４つがヘリウム原子１つになります（太陽の中心で起こっているとされています。各国で研究されいる核融合は重水素２つ→ヘリウムの核融合です）。このときエネルギーが放出されます。そして水素原子４つの質量＋放出された素粒子とヘリウム原子１つの質量を比較すると、ヘリウム原子１つのほうが、ほんの少し軽くなっています。
核融合でエネルギーが放出されるのは酸素原子→鉄原子に変換される核融合までです。それ以上、の核融合ではエネルギーが必要になります。鉄以上の質量の原子は恒星の終末である超新星爆発によって生成されるとされています。私たちの住んでいる地球や太陽系はかつての超新星爆発の残りモノで作られているのです。ウランやプルトニウムなどには超新星爆発のエネルギーが蓄えられている、という考え方もできます。

宇宙を生み出したビッグバンからしばらくすると水素原子が生まれます。そして、水素原子が重力によって集まって恒星がつくられます。恒星の内部で核融合によってエネルギーと、ヘリウム～鉄までの元素が作られるます。そして核融合につかう元素がなくなったところで超新星爆発が起こり、ウランなどの重い元素が作られます。宇宙空間に散らばったこれらの元素が、別の超新星爆発による重力波などによって集まりはじめ、やがて恒星とその惑星が作られる、と考えられています。

カール・セーガン著「コスモス」朝日新聞社（朝日文庫）、が読みやすくて参考文献には適当と思います

補足

ありがとうございます。クォークが今、一番の最小単位？？なんでしょうか？そうでない、ならば「クォークは何でできているのでしょうか？」

回答No.3

SortaNerd

1)多少語弊があります。
物質がエネルギーから出来ているのではなく、物質(質量)というのがエネルギーの一形態なのです。
運動エネルギー、位置エネルギー、核エネルギーなどと同列に質量というエネルギーがあります。
そのエネルギーは9×10^13J/g。大体核分裂の1000倍と覚えるとよいです。
ただし、普通にその辺の物質の質量がエネルギーに変わったら(という言い方は変。もともとエネルギーなのだから。正しく言えば"熱や光などの別のエネルギーに変わったら")大変ですので、普通物体の質量は変わりません。質量保存則というやつですね。
ですから質量保存則なんて実際は成り立っていないんです。例えば運動エネルギーを持った物質は止まっている物質より重くなります。光速近くならないと変化は観測できませんが。
そして核反応くらいのことを起こすと、普通に観測できるレベルの質量欠損が起こります。核反応のエネルギーは質量の持つエネルギーの1000分の1とさっき書きましたが、つまり核反応が起こると物質の質量は1/1000ほど減ります。
ですから、
2)みな同じです。が、普通そのエネルギーは取り出せませんので、ウランなど比較的取り出しやすい物が(それでも効率1/1000)発電などに現在利用されています。
3)電子・陽子・中性子の組み合わせが違うからです。

回答No.2

shiara

エネルギーは、物質が持っている性質の１つです。エネルギーと言うものが存在する訳ではありません。したがって、物質をどんどん小さくしていくとエネルギーになる、というのは間違いです。

回答No.1

Bird1979

「物質はエネルギーからできている」というのは、相対論的エネルギーの定義をいっているのでしょう。つまり、「物質の質量はエネルギーに変換することができる」ということです。物質を構成する陽子や中性子は「結合エネルギー」によって結びついていますが、この結合を切ることによって、エネルギーが放出されます。

このことを発見したのはアインシュタインで、有名なＥ＝ＭＣ２（エネルギー＝質量　×　光速の２乗　によって表されています。
ですから、ウラン（質量235）と水素（質量１）とでは、当然エネルギー（量）は違いますね。1グラムのウラン235がすべて核分裂をおこすと、約8.2×10の10乗ジュールのエネルギーが発生するそうです。（門外漢ですけど、水素って1個の陽子と１個の電子からできてますが、砕ける<分裂させられる>んですかね？）

この発見が、のちの原爆開発の理論的基礎になったこと、またルーズベルトに（ドイツに先んじて）原爆開発を進言したのもアインシュタインでした。しかし、広島・長崎の現実を目の当たりにして、核兵器廃絶の提唱者（ラッセル・アインシュタイン宣言）にならざるを得なかったのは皮肉なことでした。（余談でした）

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%A0%B8%E5%88%86%E8%A3%82,http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%83%