アインシュタイン

質問

Ｅ＝ＭＣ＾２の意味することがよくわからないのですが？これは質量のある物質や粒子（素粒子含む）はエネルギーをもっている？エネルギーがある？ってことでいいのですか？
また、元素の起源を考えたときに、元素は何者かわからない素粒子（クォークなど）で出来ていることはいいのですが、宇宙時間Ｔ＝０のときは、どうなってたのですか？素粒子はどうして出来たのですか？どのようにして存在していたのですか？

回答No.6

ranx

エネルギー保存の法則というものがあります。運動している物体とか、高いところにある物体、
さらに熱や電気などにエネルギーがあり、「仕事」をすることができます。エネルギーは様々に
形を変えますけれど、決して無くなってしまったり、あるいは何も無いところから発生したり
するものではありません。これとは別に、質量保存の法則というものがあります。様々な化学
変化等で物質は形状を変えますけれど、これも無くなったり、無から生じたりするものでは
ありません。この二つの法則は、どんな場合にも成立する絶対的な真理であるかのように考え
られていましたけれど、前世紀初め、二つの理論によって、それらが成立しなくなる場合が
あることが示されました。

一つは、ご質問のＥ＝ＭＣ＾２という式を含む、アインシュタインの特殊相対性理論です。
エネルギーと質量は独立に存在するものではなく、Ｃ＾２という換算率によって相互に形を
変えることが示されました。質量が消滅すると、莫大なエネルギーが発生します。逆に莫大な
エネルギーを集中させることにより、質量（粒子）を作り出すこともできます。

もう一つの理論というのは、ハイゼンベルクの不確定性原理と呼ばれるものです。極微の世界
では、位置と運動量を同時に確定させることができないという理論ですが、この原理から、
エネルギーと時間との間にも同様の不確定さがあることが導かれます。極めて短い時間ならば、
エネルギー保存の法則にも関わらず、何も無いところからエネルギーが発生することができ
ます。アインシュタインの理論に示される通り、エネルギーは質量になりますから、極めて
短時間であれば、何も無かったところに突然質量を持った粒子が出現してもよいのです。
（原子核がばらばらにならずにまとまっているのは、そのようなしくみで出現した粒子の働き
によります。ちなみに、このことを理論的に示したのが故湯川秀樹博士です。）
極微の世界のこのような現象を量子論的ゆらぎといいます。

宇宙はこの量子論的ゆらぎによって誕生したと考えると、物理的な例外状態を仮定することなく
無理なく説明ができることがホーキングによって示されました。宇宙はその後急激に膨張して
現在の宇宙のもとができたと考えられています。素粒子もその過程でできたのでしょうが、
何しろ時間も空間もごちゃまぜになったような世界での出来事ですから、簡単に理解できる
しろものではありません。（私が理解できないだけかもしれないですけど。）