質量とは

質問

質量とは、
(1) 重さで定義するものではなく、慣性の強さの指標で、目盛りは線形的に打つ
(2) 炭素原子のある同位体のモル質量を１２とする
と理解しています。

　(1)は、運動方程式を正しいとすれば納得ができますが、
古典物理学が破綻しているため、
どう解釈していいのかわかりません。
また、(2)をもとに、どのように他の質量を求めるのか、
理論実験的なイメージでもいいので知りたいと思っています。

　よろしくお願いします。

回答No.5

sanori · ベストアンサー

＃１の回答者です。
お礼のお言葉をありがとうございました。

＞＞＞
　ということは、
質量と「地球上での（ある地点での？）重さ」の比例関係を認めて、
他の物体の質量を決めるということでしょうか。

国際キログラム原器の話をすれば、
それはフランスで厳重に保管されていて、滅多に使われることはなく、
実際に利用されているのは、それを忠実に複製したもの（子、孫）です。

「比例関係を認めて」は、そのとおりだと思います。

＞＞＞
「（ある地点での？）」としたのは、
その地点から地球の重心（これを定義するのがまた難しいと思うのですが。）から距離等により、
同じ物体でも「重さ」が変化するためです。

ええ。それはもちろんのことです。
丁寧に書いてくださってありがとうございます。
しかし、厳密に質量を測定する場合、ばね計りや圧電のような重力加速度に依存するような測定手段は採られていないはずですし、
大気の存在によって発生する浮力のことも考慮していると思われます。

回答No.4

noname#77472

厳しいようですが、

＞どう解釈していいのかわかりません。

当たり前です。
定規を持てない人間はスケールを知る事など叶いません。

回答No.3

masa2211

＞(1)は、....古典物理学が破綻しているため、どう解釈していいか
特殊相対性理論による帰結「運動速度が速いと質量が増える」あるいは「基底状態か励起状態で質量が変化する」を指しているものとすると、
速度ゼロかつ基底状態の時の質量が、古典力学における質量の定義と一致します。

＞(2) 炭素原子のある同位体のモル質量を１２とする
それは原子価の定義であり、物理学における質量の定義ではありません。
質量の定義は、長さや時間と異なり、玉虫色で、
「キログラム原器の質量を1ｋｇとする」という、甚だ人為的なものです。
※それ以前の定義は、「1気圧、4℃における水1cm3の質量を1ｇとする」
※※以下の議論では、質量の新旧2定義のどちらでも本質的な違いはありません。
炭素12の質量を１２とする、というのは、原子の質量比を求める時の比の基準をどうするか、ということです。
モル質量については、1モルの定義のところで、質量12グラムとなる炭素12の個数（≒質量数と等しいグラムとなる原子の個数）と定義されているので、まずは、1グラムがどれくらいの質量なのか、また、個数がいくつなのかわかっていないとどうしようもありません。
だから、炭素12原子の質量を１２とする、というのは、質量でなくて質量比（＝原子価）です。比率なので単位は無次元（≒単位ナシ）です。
ですから、比率という意味では、陽子＝1、とか、中性子＝1、ヘリウム＝4でもかまわないように思えます。
何故、炭素12が基準になっていて、それ以外（たとえば水素＝1）でないかというと......

昔は、「同位体がある」ということがわかっておらず、
原子の質量比は、ほぼ、水素を1とした整数比になる、ということだけ。
ただし、ぴったり整数比にならないのは、既に判明していました。
※その同位体の存在と、核結合の強さ加減によりにより整数比にならないのですが、これらはまだ判明していません。
で、質量比の測定に何が便利かというと、酸素です。多種多様な物質と結合しやすく、しかも、入手に困らないから。
よって、水素原子（≒陽子）を1とするより、酸素（各種同位体混合物）を16としたほうが、データの換算の手間省けるから
酸素＝16としていました。
ところが、酸素の同位体が発見されると、「混合物を基準値とするのはオカシイ」
という意見が当然出ます。
で、酸素16を16とするという提案が出ます。でもそれでは今までの値を全部変更する必要が生じます。
で、物理学者が酸素16＝16を言い出し、化学者は猛反対にまわりました。
※何故酸素が基準であり水素でないのか、の理由が、計算が簡単だからという理由ということに注意。
で、酸素の混合物＝16と、炭素12＝12は、値がほとんど一致し、かつ、炭素も豊富にあるし、また炭素も多数の原子と結合しやすい物質です。
したがって、炭素12＝12で妥結。

※※wikipediaでは以下のとおり。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A2%E3%83%AB
　＞炭素12が選ばれたのは、これが天然の炭素の大部分を占めているため
　肝心な説明が抜けています。誰か修正してほしいな。
　炭素14が選ばれなった理由にはなるけど、
　酸素の混合物＝16（昔の基準）、酸素16＝16（かつて提案された基準）、
　陽子＝1（素粒子物理では、たぶんこれが最も便利）などがボツになった
　理由が説明されていません。

＞(2)をもとに、どのように他の質量を求めるのか、
現在のように計測技術が発達する前の場合、
利用するのは、アボガドロの法則「同圧力同温度同体積であれば、その中に含まれる分子の数は等しい」
でしょう。これがあるので、分子（原子）の質量比は、体積あたりの
質量を計測すればok。
また、原子価を求める場合、自然な混合比率で求めれば良いので、
同位体を分離する必要はありません。
※勿論、素粒子物理のような厳密な実験はこの限りではありません。

補足

詳細なご回答、ありがとうございます。

> 現在のように計測技術が発達する前

　計測技術が発達した現在では、
どのような基本的な考え方で質量の比較を行い、どのように目盛りを打ているのでしょうか。
よろしくお願いします。

回答No.2

noname#175206

>古典物理学が破綻しているため、

　初耳です。どういうことでしょうか？

補足

運動方程式やマクスウェルの方程式群による決定論的が理論が破綻（矛盾する現象の発見）し、
量子力学による確率論の導入の必要が生じた、
という意味で書きました。
言葉足らずですみませんでした。

回答No.1

sanori

こんばんは。

（１）
慣性質量に関しては、昨年放送されたＮＨＫ「爆笑問題のニッポンの教養」（爆問学問）で、
南部先生（昨年のノーベル賞）の
「真空はクォークで満たされている。」（それによって、動きにくさ＝質量　が発生する）
という仮説を橋本省二さん（ＫＥＫ准教授）がスーパーコンピュータで確認した、という話がされていました。

下記もご参照ください、昨日私が回答したＱ＆Ａです。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa4616473.html

（２）
たぶん、
まずはウラン濃縮（Ｕ－２３５の割合を０．７％から数％に上げる）の方法と同じような要領（ガス拡散法とか遠心分離とか）で、Ｃ－１２を抽出するのだと思います。

一例
http://coe.nucl.nagoya-u.ac.jp/Separation01_J.html
（１．３　環境学や歴史学への応用を考えた炭素同位体濃縮技術の確立）

そして、いったんＣ－１２の何倍かの塊の質量を測定してしまえば、
あとは、それが基準になって、ほかのものは簡易に測量できるということだと思います。
キログラムの基準が、国際キログラム原器であるのと同様に、です。

ご参考に。

補足

ご回答ありがとうございます。

> あとは、それが基準になって、ほかのものは簡易に測量できるということだと思います。
> キログラムの基準が、国際キログラム原器であるのと同様に、です。

　ということは、
質量と「地球上での（ある地点での？）重さ」の比例関係を認めて、
他の物体の質量を決めるということでしょうか。
「（ある地点での？）」としたのは、
その地点から地球の重心（これを定義するのがまた難しいと思うのですが。）から距離等により、
同じ物体でも「重さ」が変化するためです。

　よろしくお願いします。