e=mc^2のmは何かの素粒子の質量ですか？

質問

核反応でエネルギーを取り出す時、失われる質量は何かの素粒子の質量ですか？そうだとすればエネルギーに替わることができる素粒子は何という名の素粒子か、決まっているのでしょうか？
物から光としてエネルギーが放出される時は、物の質量は少し減るのでしょうか？

回答No.9

s_hyama · ベストアンサー

まず、以下などで基本を勉強されてはいかがでしょうか？

(2) 「質量がエネルギーに変わる」という表現による誤解
http://www.keirinkan.com/kori/kori_physics/kori_physics_2_kaitei/contents/ph-2/3-bu/3-4-2.htm#Anchor-28631

お礼

ありがとうございました。リンク先はわかり易かったです。

回答No.10

アウストラロ ピテクス（@ngkdddjkk）

No.6です。ちょっと回答の書き方が違ったみたいですが、本筋ではないので割愛します。

それは、現在の物理学では言及できないのです。全ては観測事実によって成り立ちますから。
素粒子のエネルギー(質量)の測定結果も、正規分布に従ったものなのです。(素粒子の発見には5σ以上精度を必要とするなどの記事を見た事がありますか？)

取り敢えず、私も勉強が足りない様です。下のリンクを参考にしてください。それなりに信頼できるものです。
http://safety-info.nifs.ac.jp/QA2008/080114.html

お礼

ありがとうございました。

回答No.8

s_hyama

光子の質量とエネルギー・運動量

相対論のE=mc^2では、等価原理(重力質量M＝慣性質量m)のもと、m=E/c^2で扱えないので、
KG方程式E^2＝(mc^2)^2＋(pc)^2、mと運動量pを区別してpに隠蔽している。　
根本原因は、光の速さcと、波動速度wを混同しているからである。

w^2＝c^2＋重力ポテンシャルΦ、物質中と同じように物質密度(c^2-w^2)によって、
光波wは速度を落としc/wに屈折する。
これは真空中とか物質中とかという曖昧さからも来ている。
電磁気学の自由空間の定義ははっきりしている。

電磁気学において、自由空間（じゆうくうかん、free space）とは一切の物質が存在しない仮想的な空間である。真空中の光速および、真空の透磁率、真空の誘電率といった物理定数により定義される。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E7%94%B1%E7%A9%BA%E9%96%93

重力で時空が歪んでいるなら、地表でも歪んでいる。
その歪んだ状態で歪んだ状態で計測するバカはいない。
飛んでもない光論の等価原理では、p=Mc=mwだから、
重力質量Mをc=1の単位系で、p=MでもE=Mでも扱える、つまり100gの肉は100gの肉

飛んでもない光論より

お礼

ありがとうございました。

回答No.7

htms42

化学反応での発熱を「質量欠損」だとしている回答がありますが「？」です。
化学反応での熱の出入りは電子状態の変化です。
原子核と電子を結びつけている力は基本的にはクーロン相互作用ですから電子状態の違いで生じるエネルギー変化は電気的な位置エネルギーの違いです。
陽子と電子が結合して水素原子を作っている時の結合エネルギーは逆に言うとイオン化エネルギーです。
Ｈ→Ｈ^+＋ｅ^-
という変化に対応するイオン化エネルギーが１３．６ｅＶであるというのはたいていの量子力学の教科書に載っているはずです。このエネルギーの大きさは化学反応が起こった時のエネルギー変化の目安になる量です。多くの化学反応のエネルギーはこの値よりも小さいです。

電子が位置を変えるだけの変化ですから質量が変化するなんて考える必要はありません。
（このエネルギー変化が質量欠損に依るものと無理に考えると何ｋｇの質量変化に相当するかが今までの回答にあるものです。
１ｅＶ＝１．６０２１７６４８７×１０^-19[Ｊ]
⊿ｍ＝１３．６×１．６０×１０-19／（３．００×１０^8）^2
　　＝２．４２×１０^-36[ｋｇ]）

もっとはっきりと質量が変化する例があります。

質量欠損が出てくるとしたら原子核での結合エネルギーです。
理科年表に同位体の質量が載っています。
数字は「質量数１２の炭素の質量を１２」とするという「原子質量単位」です。
（表に載っている数字の小数点下７桁目を四捨五入しました）
１２Ｃ　・・・　１２　　　　　　（陽子６、中性子６、電子６）
　２Ｈ　・・・　２．０１４１０２（陽子１、中性子１、電子１）
　１Ｈ　・・・　１．００７８２５（陽子１、中性子０、電子１）

２Ｈの質量は１２Ｃの質量の１／６よりも大きいですね。わずかな違いではありません。
この質量の食い違いは陽子と中性子が結合して原子核をつくる時に質量が変化することを表しています。
これを質量欠損の例と考えるのが普通です。

１Ｈと２Ｈの質量の差は原子核に入った中性子１つ分のはずです。
差＝１．００６２７７
１Ｈの質量に対する割合＝１．００６２７７／１．００７８２５
　　　　　　　　　　　＝０．９９８４６４　　　（Ａ）

別のページに質量の値が載っています。（単位は１０^-27ｋｇです。）
電子　　　０．０００９１１
陽子　　　１．６７２６２２
中性子　　１．６７４９２７

この数字から
（中性子の質量）／（陽子の質量＋電子の質量）＝１．６７４９２７／１．６７３５３３
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝１．０００８３３　　　（Ｂ）
（Ａ）と（Ｂ）の値の違いもかなり大きいですね。
結合状態にない中性子の質量は陽子の質量と電子の質量を合わせたものよりも大きいのに、陽子と結合して原子核を構成している時の質量の増加で考えた時の質量は陽子の質量と電子の質量を合わせた値よりも小さいのです。

中性子の質量が陽子と結合状態にある時は小さくなっているということを表しています。

質量欠損の例を示すとしたら化学反応でのエネルギー変化ではなくて「原子核」の結合状態について考えるのが普通です。

お礼

有難うございます。原子核が分離すれば質量が変化するが、電子のエネルギー準位が変化しても質量は変化しない、ということですか？前者の場合でも物が分裂するだけで何かが消滅する訳ではないが質量は減る、ということになるのでしょうか？

回答No.6

アウストラロ ピテクス（@ngkdddjkk）

エネルギーと質量の“等価性”を表しているにすぎません。

化学反応での質量欠損は、粒子単体で存在し続けるよりも結合した方がエネルギーが小さい場合、余剰分の質量を熱エネルギーに変換すると言う意味でその式が使われます。

お礼

有難うございます。エネルギーを放出した時、そのものの質量が減少するのはもののプロパティとしての質量が減少するだけで何かが消滅することは無い、ということになりますか？
素粒子などの「もの」も、エネルギーに変わることがあるのでしょうか？

回答No.5

s_hyama

質量が失われるのではないです。
E=Mとみてもよいので、
エネルギーである質量が分散するだけです。
E=M=M1+M2
そのエネルギーであり質量である物質に名前をつけているだけでは？

お礼

ありがとうございます。核反応で増減する物には名前があるのでしょうか？

回答No.4

chiha2525

逆に言うなら m=e/c^2 ですね。
分子は原子と原子がくっついているのですが、そのくっつくエネルギーが e で、そのエネルギーに比例した質量 m が増えています。原子の結びつきが変わり、くっつくエネルギーが変わると、そのエネルギーの変化に比例した質量の増減が、非常に小さい値ですがあるのです。

お礼

ありがとうございます。原子の結びつきが変わると変わるエネルギーは、質量はあるが物ではない、ということになりますか？
質量が増減したとしても物が消滅したりはしない、ということになりますか？

回答No.3

fjnobu

素粒子とは限りません。
電子でも陽子でも中性子でも、他の原子でもかまいません。
通常の核分裂反応では、結合エネルギーで素粒子でないものです。
結合エネルギーが、熱エネルギーや光エネルギーとして放出され、質量欠損が起きます。

お礼

有難うございました。結合エネルギーというのは質量はあるが粒子ではない、ということになりますか？
何かの粒子が消滅してエネルギーに変わることはあるのでしょうか？

回答No.2

okormazd

e=mc^2の式は、一般的な質量とエネルギーの変換式です。
したがって、何かの素粒子の質量だけがエネルギーに代わるということではありません。

原子力発電では、元のウランの質量より、核分裂でエネルギーを放出した後(放出される中性子の質量を含む)の質量が放出されたエネルギーを上式で換算した分だけ小さくなります。
また、何らかの形でエネルギーをもらえば、質量は大きくなります。20℃の水を100℃にすれば、100℃の方が質量は増えているはずです。ただ、その変化が小さいので、実用的には捕まえられず変わりがない(質量保存則)とするのです。

ざっと計算すると、100万kWの原子力発電所(熱効率30%)を1年間休まずに運転すれば、約1kgの質量がなくなるはずです。
同様に石炭火力(熱効率45%)なら、燃焼前の石炭と酸素の質量より、燃焼後の灰やCO2、H2Oなどの合計質量は800gほど減るはずです。ただ、1年間の石炭消費量は、300万tほどなので、その割合は、0.0000000003程度で、測定にも何にもかかりません。

「物から光としてエネルギーが放出される時は、物の質量は少し減」ることになります。

お礼

ありがとうございます。
エネルギーの授受に依って増減する質量は、何かの「もの」の質量とは言えないのでしょうか。

回答No.1

gohtraw

質量欠損で検索してみて下さい。

お礼

有難うございました。「質量欠損」で検索したら沢山出てきました。