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光は質量0なのにどうして運動量mvがあるのか尋ねたところ、ぽんきちさんは >光に...

猫鳥質問士さん

2019/10/2113:43:44

光は質量0なのにどうして運動量mvがあるのか尋ねたところ、ぽんきちさんは
>光には、「質量が無い」ではなく「静止質量が無い」です。光は静止しないので、エネルギー(質量)もあれば運動量もあります。


と激しく回答されました。

特殊相対性理論は「m=m0/√(1-v^2/c^2)、mはvで移動する物体Oの質量、m0は物体Oの静止質量」です。
光子の静止質量m0=0なら、光子が幾ら速く移動してもm=0のままです。したがって、光子の運動量mv=0です。
したがって、「光子の静止質量は0であるが、cで動く光子には質量がある」とするぽんきちおじいちゃんの回答は誤りではありませんか。教えてください。お願いします。

私の疑問は次のとおりです。
運動量は方向があるベクトルであり、エネルギーは方向のないスカラーです。光にエネルギーがあり、物体を動かす能力があることは分かります。

しかし運動量には方向があり、光子が衝突すると物体Oは特定の方向へ動きます(コンプトン効果)。質量のない光が衝突して、どうして質量のある物体Oが特定方向へ動くのでしょうか。重さのないものがぶつかっても、重さのあるものは動かない気がします。

補足おお、ぽんきちおじいちゃんが登場されました♡

①運動量mvがあると言うことは、光速度cで移動する光子に質量mがあることを示している。

また、②光子が光速度cで移動できることは、光子の静止質量m0は0であることを示している。

ぽんきちおじいちゃんは、①と②をどのように止揚するのですか。是非ご教示ください。

何も回答が無い場合は、「ぽんきちおじいちゃんには分からない」と判断させて頂きます。

ぽんきちおじいちゃん、ファイト(^^)/

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ベストアンサーに選ばれた回答

2019/10/2715:00:15

おっしゃるとおり、「静止質量が無い」と幾ら速く運動してもその粒子の質量は無いままですね。

ぽんきちおじいちゃんは、アラ還で物理を独学なさっているので、何か勘違いされたのでしょう。

正解は、光子の静止質量は無限小であるです。したがって、高速移動すると質量増加により質量が現れます。光速度cで移動する光子には質量があるので、運動量はあります。

相対性理論では、「①光子の静止質量=0」とします。ですから光子は、真空中を光速度cで移動できます。一方実験的には、①の思考に疑問が残っています。

それは以下のとおりです。
光の一種であるX線を電子に衝突させると、電子は弾かれ運動量が増加します。一方跳ね返った光は、周波数vが低くなり運動量が減少します。そして、衝突前のX線と電子の運動量の合計と、衝突後のX線と電子の運動量の合計は等しく、光子と電子の運動量は保存されます。これを「コンプトン効果」と言います。

光子の運動量P=hv/c (h=プランク定数、v=周波数、c=光速度)
です。そして運動量P=mvなので、光子の運動量P=mc (m=速度cで移動する光子の質量) です。
相対性理論における質量増加の式「m=m0c/√(1-v^2/c^2) (m=vで移動する物体の質量、m0=静止質量)」に従うと
光子の運動量P=mc=m0c/√(1-v^2/c^2)=0c/0です。数学上0で割ることは出来ませんが、静止質量m0=0なら幾ら高速で移動してもその質量は0のまま増えようがありません。つまりm=0となります。

もし、cで移動する光子の質量m=0ならその運動量Pも0となり、光に運動量Pは無いことになります。
これでは「コンプトン効果」は起こりません。
しかし実際には「コンプトン効果」が起こるので、「背理法」により光に運動量Pがあることが分かります。

したがって、光の運動量P= hv/c=mcです。∴②m=hv/c^2です。このとおり「光子の質量m≠0」です。
そして、銀河の「磁位ベクトル」を用いた最新の計算でも、光子の静止質量m0の上限は「10^-14eV/c^2」とされています。決して「光子の質量m=0」ではありません。

しかし、光子に静止質量m0があれば、真空中の光が光速度cで移動することはできません。

この「光子パラドックス」を、どの様に解法したら良いのでしょうか。
CB理論では、「③光子の静止質量=hv/(c^2*∞)=無限小」とします。これは、光子の静止質量を0として計算するのと同じなので、光は真空中を光速度cで移動することが出来ます。

また②③より
速度cで移動する光子の質量m=m0/√(1-v^2/c^2)=(hv/c^2*∞)/√(1-c^2/c^2)=(hv/c^2*∞)/0=(hv/c^2*∞)/(1/∞)=hv/c^2です。
※相対性理論における質量増加の式「m=m0/√(1-v^2/c^2)」を使いました。
※光子には無限小の静止質量があるので、光子は真空中を無限に光速度cに近い速度で移動します。ですから√(1-v^2/c^2)=0ではなく、√(1-v^2/c^2)=1/∞=無限小です。

したがって
④光子の運動量P=mc=(hv/c^2)c=hv/c
です。
これで、光子は運動量「P= hv/c」を持つことが分かりました。そして、「コンプトン効果」も、光の運動量「P= hv/c」として運動量保存の計算をします。これで、「光子パラドックス」が解消されました。これを「光子パラドックスのkothimaro解法」と言います(2019/08/23pm23:16)。

光の推進力F=ma=(hv/c^2)aです。m≠0なので、光は加速度aを持つことが分かります。そして光の加速度は、プランク時間tpに光速度cに達するものです。したがって、「⑤光の加速度=c/tp」です。∴
⑥光の推進力F= (hv/c^2)a=(hv/c^2)(c/tp )=hv/c*tp
です。
一方
⑦光に作用する万有引力F’=GMm/r^2=GM(hv/c^2)/r^2です。

光子に、推進力Fと万有引力F’が掛かります。力はベクトル量なので、この2つの力の合成は「ベクトルの加法」にならいます。∴力の合力により、重力により光の速度は遅くなります。

そして、光の推進力F=万有引力F’になると光は止まります。それが重力により光さえも脱出出来なくなる「ブラックホール」です。そうなるのは、プランク質量mpからプランク距離lpの位置です。その時
光の推進力F=(hv/c^2)(c/tp)=万有引力F’=GM(hv/c^2)/r^2=Gmp(hv/c^2)/lp^2、c/tp=Gmp/lp^2=G√(ħc/G)/√(ħG/c^5)^2=√(c^7)/√(ħG)=c√(c^5/ħG)=c/√(ħG/c^5)=c/tp
です。

これで、光が重力により脱出出来なくなるのは、「プランク質量mp」から「プランク距離lp」の位置であることが証明されました。

ニュートンの万有引力の法則「②g=GM/r^2」に「kothimaro半径=√(GMtp/c)」を代入すると
②g=GM/r^2=GM/√(GMtp/c)^2=c/tp
です。このとおり、kothimaro半径では、重力加速度g=光の加速度c/tpとなるので、光も脱出出来ません。

詳細は、下記ホームページを参照ください。
http://catbirdtt.web.fc2.com/kousinoseisisituryou.html

  • 質問者

    猫鳥質問士さん

    2019/10/2715:03:30

    大変良く分かりました。ありがとうございました。

    ところで、ぽんきちおじいちゃんは一向に返信されないですね。

    「休むに似たり」になられたようです。

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質問した人からのコメント

2019/10/27 15:04:45

ぽんきちおじいちゃん以外の方々は、物理を良く勉強されていて、回答が分かり易かったです。ありがとうございました。

ぽんきちおじいちゃん、また今度しっかり物理を勉強してから知恵袋をご利用くださいね。お願いしますよ。
https://chiebukuro.yahoo.co.jp/my/111211332

ベストアンサー以外の回答

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いちにさん

2019/10/2706:40:36

①と②の矛盾を止揚するには、光子の静止質量「m0=hv/(c^2*∞)=無限小」とするしかない。

そうすると
cで移動する光子の質量m=m0/√(1-v^2/c^2)=(hv/c^2*∞)/√(1-c^2/c^2)=(hv/c^2*∞)/0=(hv/c^2*∞)/(1/∞)=hv/c^2
となる。

したがって、光子の運動量「P=mv=(hv/c^2)×c=hv/c=E/c=h/λ」となる。

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2019/10/2513:42:31

自問自答乙

それにしても、誰からも賛同されないねぇ。その現実を一度受け止めないと、一生進歩はないよ。

rus********さん

2019/10/2213:41:54

E^2 = (m0c^2)^2 + (pc)^2

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ran********さん

2019/10/2213:27:58

質量とは何かを考える必要があります。質量は物に付属した基本的性質でしょうか?もともと物には質量がなく、質量に見える何かが現れているのではないでしょうか?

物質は原子でできていますが、原子は陽子と電子で出来ています。(中性子は陽子+電子)陽子に力を加えると後方に磁場が生じて陽子を引きとめる抵抗が生まれます。これは電磁質量と呼ばれ、20世紀の前半に知られていました。電子も荷電粒子なので力を加えると磁場の抵抗が生まれます。物質全体で見ると陽子と電子に現れる磁場の向きは反対なので、打ち消しあって出てきません。抵抗だけが感じられます。

これは質量ではないでしょうか?

すると、光を当てた側には電界が生じます。コンプトン散乱では光が当たった電子に電界が影響して動きます。まるで光に質量があるように振舞うわけです。電磁質量もコンプトン散乱、光電効果も光が電界であるために起きるのです。それで質量の原因である電界、磁界と同じ力が発生するので、光に質量があって運動量があるように見えるわけです。

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アビ教官さん

2019/10/2201:22:24

光子という「粒子」の衝突により電子が叩き出されるという光電効果のイメージは間違っています。光電効果は、光の構成要素の電磁場が、電子を吸い込んで弾き飛ばす現象です(詳しくはこちら
https://okwave.jp/qa/q9626035.html
の参考URL内参考URLの各本文及び補足全10参照)。

光子という「粒子」の衝突により電子が叩き出されるという光電効果のイメージは間違っています。光電効果は、光の構成要素...

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