E=m*c^2

質問

物理はほとんど知らないのですが、
これはエネルギーは質量×光速度の2乗
ということらしいですが
この場合のエネルギーって簡単にいうとどういうことなのでしょうか？
自分にはこの式は意味不明なのですが、光速度は約300000(km/秒)と決まっていて、c^2は約90000000000(km/秒)らしいですが、
質量2kgの物は、エネルギーは2(or 2000g ?)×90000000000でエネルギーは180000000000(j ジュール?)と決まっているのですか？
それともこれは最大値ですか？止まってる物体のエネルギーは速度は掛けないのですか？

また、アインシュタインはどのようにしてこの式を導き出したか、簡単に(でもなるべくはしょらないで)知りたいです。よろしくお願いします。

回答No.3

5-9ball · ベストアンサー

こんにちは。

アインシュタインの特殊相対性理論ですね。

簡単に言ってみます。

「光の速度は超えられない：光速度普遍の原理」
というのが分かりました。これは実験でつかんでいます。

この理論（現象）、ご存知かもしれませんが
「光の速さはどう測定しても一定である。」と言っています。
たとえば、80km/hで走る電車の中で、進行方向に10km/hで
走れば、電車に乗っていない、地上にいる人から見れば
90km/hで走っているように見えます。

で、これが光には当てはまらない。
光の速度で走っている電車の中を、光の速さで走った場合でも、
地上から見れば光の速度で走っているように見えます。

これって、ニュートン力学と矛盾してしまいます。
だから、矛盾しないように新しい式を考えました。
高速度cを式の中に入れ、それで辻褄があうように
新しい理論式を作っていったのです。

その中の一つに静止エネルギーの式があります。
その式をcを使ってあらわし、単純化するとe=mc^2が
導かれます。これは原爆の理論となった大変な
発見でした。

wikiで下記を調べると詳しく分かりますよ。
特殊相対性理論
静止エネルギー

お礼

すごくありがとうございます。
wikiの特殊相対性理論読んで少し分かりました。

＞光の速度で走っている電車の中を、光の速さで走った場合でも、地上から見れば光の速度で走っているように見えます。

これ初めて知りました(恥

wiki特殊相対性理論　
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%89%B9%E6%AE%8A%E7%9B%B8%E5%AF%BE%E6%80%A7%E7%90%86%E8%AB%96

つづきます

補足

「光の速度に近いロケットから、光の速度が c に見えるようにするためには、どうするか」
→「光速度に近いロケットから、光の速さを見ても、c=300000km/s　→　ロケットの中の時間の進み方が遅くなるため　→　意味がわかんね」
って感じです…。

光速度に近い速さを出せるロケットは、もちろん宇宙にいて宇宙を飛んでるロケットだと思うのですが、

「ロケットの中の時間の進み方が遅くなる」ってなんかよく意味がわかりません…。
(空気のない宇宙の空間は?)時間の進み方も遅くなる？(それとも高速になればなるほど遅くなる？)なら、地球のほうが時間は早く進むので、地球にいる人のほうがその分スピード速くたくさん動いているということと思ったのですが、おそらく宇宙の空間も地球上の空間も時間の過ぎるスピード同じで、年をとるスピードも同じですよね…。いろいろ間違ってると思いますしこんがらがっててすみません…。

光が特殊なんですよねきっと…。光は時間の流れを無視したような感じで、299792458m/sみたいな…？

http://www2.synapse.ne.jp/y-maeda/59.htm
に、「星の引力が宇宙の大きさを決める」とかありましたが…。

http://kids.gakken.co.jp/110ban/text/1053.htm
の、「空気はその星の引力によって存在する」ってのも初めて知りました…。

でも、「光速度に近いロケットから」とは、宇宙では299792458m/s以上の速さのスピードもロケットで既に観測されているのですか？時間の進み方なんて地球でも宇宙でも変わらないと思ったのですが、よくわかりません…。光は常にmax299792458m/sなんですね…(馬鹿ですいません)　もしロケットで、299792458m/s以上のスピードが既に出せていたとしても、その中からすぐ近くを走ってる光を観測してもmax299792458m/sに見えるってことですよね。。時間と空間が肝なんですよね…。

自分が思ったのは、この世界では光より速いのはない。しかも、どんな速いスピードで走ってる乗り物(299792458m/s以上の

ロケットでも？)の中から光を測定しても光は299792458m/sで進んでいるように見える。みたいな？
自分は、光より速くすればタイムスリップ可能なのかなと思い、次元突破か瞬間移動のような空間突破が出来るかもしれないのかな？

と始めに思ったのですが、ロケットで既に299792458m/s以上のスピードが達成できてるなら、違いますよね…。「光　空間　時間」

が肝だと思いますが、(光は波長とか振動とかあるみたいですが自分は全然知識ないですが)
光の存在は既に時間を超越したもの、なんですよね？
wikiに「ロケットの中の時間の進み方が遅くなるため」とありましたが、時間の進み方が遅くなってる中から観測しても299792458m/sの移動スピードの変わらない光は、時間だけじゃなく空間もおかしなとこを通ってる、みたいな？

タイムマシンとかの開発にはきっと、この光の解明が一番重要な鍵(違かったらすみません…)だと思うのですが、きっとこれからさらに解明されていきますよね…(生きてる間に進むかはわかりませんが)　それより宇宙の謎とか、地球のマグマの中にある核の映像や存在を人間に捉える技術はあるのか、とかも重要で。。物理のとこに書くのは間違えかもしれませんが、マグマの上のプレート？や中の核がマグマに溶かされないのか疑問です。火山の噴火などでも地面が溶かされることないのと一緒ですかね…。中心の核の周りにはマグマから守るガードみたいな作りになっているのでしょうか…。木星とか水星とかの中にマグマがあるのかさえ知りません。。

地球人全員がいろんな謎を積極的に解明しようとしたほうが面白いっすよね。。人間など生物の進化の仕組みとか。。堀江の本には、「金を掛ければ不老不死になることも可能になると思っている。自分は死ぬと思っていない。それに繋がるタンパク質の研究は日々進んでいる。」とか書かれていました笑。　

この世界の解明されていない謎の解明はどのようなシナリオ・順序で進んでいきそうだって有力そうな意見もでてるんですかね…。勉強自体の意味もあまり教えず自分勝手な先生ばかりが基本のこの世の中にも問題ありと思いますが、
地球滅亡・生物滅亡も、いろいろ解明されれば絶望視する必要なくなる日も来そうっちゃ来そうですが。
まぁ現実見て自分も周りも幸せになるように生きろ、としか凡人には言えないですよね…。
自分にとっては自分の命・自分の幸せが大事かもしれませんが、結局は未来に生まれてくる人のため・地球人全体の幸せのために生かされてる部分もあると思うし。。人が生まれる前、その人が死んだ後のことをその人が考えるとそうなると思います。

話逸れたり、知識ないのに間違ったようなこといろいろ書いてすみません…。

回答No.8

noname#58790

速度も変化するはず＞#6
光速を超えますね。

回答No.7

Tacosan

これは「エネルギーと質量は等価」ということを表した式です.
つまり, うまくすると「エネルギーを質量に変換する」ことができるし, 逆に「質量をエネルギーに変換する」こともできます.
小さいところでは「対生成」&「対消滅」, 大きいところでは (質量→エネルギーだけですが) 原子力発電所や太陽 (内部の核融合反応) などがその例となります. 例えば, 十分なエネルギーを持つ光子を 2個衝突させることにより電子と陽電子 (や陽子と反陽子など) を作ることができ (対生成), 逆に電子と陽電子をぶつければ 2個の光子になってしまいます (対消滅). また, 太陽内部では 4個の水素原子核 (陽子) が 1個のヘリウム原子核になるという核融合反応が起きており, このときに減少する 0.7% の質量に対応するエネルギーが太陽を光らせている (ひいては地球に生命が存在できる) ことになります.
ちなみにですが, 前に進む物質に横から光を当てれば運動量が増えますが, 速度も変化するはず＞#6

回答No.6

noname#58790

＞また、アインシュタインはどのようにしてこの式を導き出したか、簡単に

光は、そのエネルギーを光速で割った値の「運動量」を持っています。

前に進む物質に横から光を当てると、

物質の速度は変わらない。
「運動量」だけが増える。

こうなってしまいます。

この矛盾を解消するには、物質の質量が増える以外に解決の道がありませんでした。

ＭＶ（２）（光の当たった後のエネルギー）＝ＭＶ（１）（元のエネルギー）＋（ＥＶ/Ｃ＾２）（光の運動量）

でなければなりません。

全部にＶがあるので消去。
Ｖで割ります。
Ｍ（２）＝Ｍ（１）＋Ｅ/Ｃ＾２

Ｍ（２）－Ｍ（１）＝これは質量の増加量（ｍ）＝Ｅ/Ｃ＾２

ｍ＝ＥＣ＾２（エネルギーを出す。Ｃ＾２を両辺にかけます）
ｍＣ＾２＝（Ｅ/Ｃ＾２）ＸＣ＾２

ｍＣ＾２＝Ｅ

回答No.5

134

#3様も書いていますので、重複するところがあります。
１９世紀に２つの物理学の大系ができました。
ひとつは、ニュートン力学、もうひとつはマックスウェルの電磁気学です。
　ニュートン力学では、時速３０ｋｍで動く車から、同じ方向に時速５０ｋｍに動く車を見ると、時速２０ｋｍに見えます。
　しかし、マックスウェルの方程式から、Ｃ（光速）＝一定という結果が導き出されます。
　光速の８０％の車で見ても、制止した車の中で見ても、光の速度に代わりはないということです。　速度は　ｄｌ／ｄｔ　l（長さ）もｔ（時間）も一定というのがニュートン力学ですので、マックスウェルの光速普遍の法則と矛盾します。でも、光速普遍に誤りはないようです。
　ならば、光速普遍という物差しを使って、時間と移動距離（長さ）を検証しましょう。…というのが、アインシュタインの相対性理論で、長さ、質量、時間に変化が見られる方程式を導き出したのは、ローレンツという人物が最初です。

　運動量は　Ｐ＝ｍｖ　で表されます。（Ｐ：運動量　ｍ：質量　ｖ：速度）
ｍは、相対性理論では、ローレンツ変換の式で表されます。

　エネルギーＥ＝∫ｖｄＰ　なので、ｍにローレンツ変換の式を代入して積分すると、積分定数を含むエネルギーの式が得られます。

　速度ｖ＝０のとき　エネルギーＥ＝０なので、それを代入して、積分定数を確定します。

　Ｅ＝１／２・ｍｖ＾２

　得られた数式を整理すると　ＭC^2=E+Ｍ0C^2　となり、MC^2は速度Vで移動する物体の全エネルギー、M0c^2は速度０の物体のエネルギーということになります。

　制止している物体のエネルギー？　
　ということは、質量を持つものは、それだけで、エネルギーを持つことになります。
　これが　Ｅ＝ｍｃ＾２　ということになります。

回答No.4

noname#58790

これ、ひまわりで作成して消してしまいました。＾＾；
速度は、ｍ/ｓ
質量はｋｇ
ＫＭＳ単位で行います。

桁が違ってしまうので注意しましょう。

９ｘ１０＾１３ジュールだったと思います。
この場合、質量は１です。（ｋｇ）

回答No.2

x1va

もう一度書きますが、分量が多いのでここでの説明は無理です。

リンゴが木から落ちるところを見て万有引力の法則をニュートンが思いついたという類の話を想像しておられるのでしょうが、相対性理論についてはそんな単純な話ではありません。先行して発表された様々な理論を発展させた上で理論を構築しています。

そうした経緯を簡単かつはしょらずに説明するだけでも紹介した本（100ページ程度の薄いものです）の半分ぐらいのボリュームになります。

なお、実験はしていません。理論が先に出来て、後の観測によって正しいことが確認されました。

回答No.1

x1va

最後の部分だけ回答します。

掲示板で説明できるような分量ではないので、この本を読むことをおすすめします。
図解 相対性理論がみるみるわかる本
http://www.amazon.co.jp/%E5%9B%B3%E8%A7%A3-%E7%9B%B8%E5%AF%BE%E6%80%A7%E7%90%86%E8%AB%96%E3%81%8C%E3%81%BF%E3%82%8B%E3%81%BF%E3%82%8B%E3%82%8F%E3%81%8B%E3%82%8B%E6%9C%AC-%E6%84%9B%E8%94%B5%E7%89%88-%E4%BD%90%E8%97%A4-%E5%8B%9D%E5%BD%A6/dp/4569642969/ref=sr_1_39/249-0914848-4649925?ie=UTF8&s=books&qid=1179536200&sr=8-39

お礼

ありがとうございます

本までは買う気はないのですが
どのような実験でどういう経緯から導き出したのか簡単でいいので知りたいです。