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何故、質量に光速の2乗を掛けるとエネルギーが求まるのか。

ゼウスのヌースさん

2016/12/2311:43:24

何故、質量に光速の2乗を掛けるとエネルギーが求まるのか。

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catbirdさん

2016/12/2317:41:20

何故、重さ(単位:㎏)に光速の2乗を掛けると、その物質の持つエネルギー量(単位:ジュール)が求まるのでしょうか。

これを理解するには、プランク距離とプランク時間を知らなければなりません。
空間の最小単位をプランク距離Lp= (1.616199×10^-35)m、時間の最小単位をプランク時間Sp= (5.39106×10^-44)秒と言います。

一般相対性理論が成り立つのは「プランク距離」までです。それは、何故でしょうか。

物質間に働く万有引力は、質量に比例し距離の2乗に反比例します。従って、重力加速度は
①g(重力加速度)=G*M/R^2
と表されます。G(重力定数)=6.67384×10^-11(単位:m^3㎏^-1s^-2)・M=相手の物質の質量(単位:㎏)・R=物質間の距離(単位:m)です。
この方程式は、1㎏の物体Pから1m離れた物体Qは、物体Pの重力により毎秒6.67384×10^-11m/秒づつ加速されることを表しています。

相対性理論では、質量を大きさのない点と考えます。そうすると、2つの質量PとQは無限に近づきPQ間の万有引力は無限大となってしまいます。これでは、あらゆる物質は無限大の力でくっ付いて離れなくなります。
しかし、現実にはこの様なことは起こりません。2つの質量は「ある距離(最小距離=②「プランク距離Lp」)」よりも近づくことが出来ないからです。

そして、この世の最短距離②をこの世で最速の③光速C(2.997924×10^8) m/秒で移動するのに要する時間が、この世の最小時間(④プランク時間Sp)です。ですから
⑫{②プランク距離Lp÷④プランク時間Sp=③光速(Cm/秒)}
です。

そして、この世の⑤最大加速度は、最短時間(プランク時間)で最高速度の光速に達するものです。その加速度をg(m/s^2)とすると、
⑤最大の加速度g(m/s^2)= ③光速(Cm/秒)÷④プランク時間Sp
です。

また、一本の超ひもの質量は様々です。振動の多い超ひも程、質量が大きくなります。最も質量の大きい超ひもを⑥M㎏(プランク質量)とします。
M㎏の物質Pに最短距離Lpまで近づくと、その物質Qはこの世の最大の加速度⑤で引かれます。ですから、①⑤⑥より
⑬{③光速(Cm/秒)÷④プランク時間Sp= G*⑥M/Lp^2}
が成立します。

また、 光のエネルギー量は、E=hv(プランク定数×光の振動数)と表わされます。つまり、輻射エネルギーは、プランク定数×1秒間当たりの振動数となっていたのです。
プランク定数1hは、6.629069×10^-34J*s(ジュール×秒)です。これを2πで割った換算プランク定数(ディラック定数)「ħ」が使われます。
⑭E(ジュール)=(ħ)ジュール*秒×v回/秒
です。
そして、ħ=h/2π=(6.629069/6.283184)×10^-34J*s =1.054571726×10^-34J*sです。

1秒間に1回振動する1本の「超ひも」である光のエネルギー量は、⑭より
E(ジュール)=1.054571726×10^-34J*s×1回/秒=1.054571726×10^-34J(ジュール)
です。1本の「超ひも」の振動数が多くなる程、質量が大きくなります。
1本の「超ひも」の取り得る最大の振動数(質量)をM㎏とします。この時、「超ひも」は最小時間Spに1回振動します。これ以上短い時間はないのですから。後で説明しますが、M㎏の質量はMC^2ジュールのエネルギーに換わります。ですから、
⑮最多振動数の1本の「超ひも」のエネルギーE(ジュール)= (1ħ)ジュール*秒÷Sp=MC^2
⑮(1ħ)/Sp=MC^2
です。

まとめると
⑫Lp/Sp=C
⑬C/Sp=GM/Lp^2⇒Lp/Sp^2= GM/Lp^2⇒G= Lp^3/M*Sp^2
⑮(1ħ)/Sp=MC^2⇒(1ħ)/Sp=M*Lp^2/Sp^2⇒1h=2π(パイ)M*Lp^2/Sp
となります。⑬と⑮より
G×1h= (Lp^3/M*Sp^2)×2π (M*Lp^2/Sp)=2π Lp^5/Sp^3=2πLp^2C^3、Lp^2= G×h/(2πC^3)
∴Lp(プランク距離)=√{Gh/(2πC^3)}=√(6.67259×10^-11×6.6260695×10^-34÷6.283184÷(2.997924×10^8)^3=(1.616×10^-35)m
∴Sp(プランク時間)=Lp/C=1.616×10^-35÷2.997924×10^8=(5.39×10^-44)秒
そして、その数値と⑬よりM= (2.17651×10^-8)㎏が求められます。これを⑪プランク質量と言います。

次に「E=MC^2」の求め方に移ります。
1J(ジュール)は、「1キログラムの質量をもつ物体に1メートル毎秒毎秒 (m/s^2) の加速度を生じさせる力で1メートル動かした時の仕事量」です。
一方、M㎏の物質Pの持つエネルギー量E(ジュール)は、「同じM㎏の質量をもつ物質Qにプランク時間で光速に達する最大の加速度を生じさせる万有引力でプランク距離動かした時の仕事量」です。物質Pはエネルギーを使っても、同量のエネルギーをQから受け取るので減ることはありません。しかし、Qを最小距離は動かさなければならないからです。Qは光速を越えることは出来ないので、以後Qは光速で移動し続けます。

従って、
M㎏の物質の持つエネルギー量E(ジュール)=1J(ジュール)×M㎏×Cm/秒(光速)÷Sp(プランク時間)×Lp(プランク距離)=1J(ジュール)×M㎏×Cm/秒(光速)×Lp /Sp(プランク距離÷プランク時間=光速)=1J(ジュール)×M㎏×Cm/秒(光速)×Cm/秒(光速)=MC^2J(ジュール)です。
これで「E=MC^2」が導かれました。

詳細は、下記のホームページを参照下さい。
http://catbirdtt.web.fc2.com/iikoruemusinonizyou.html

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ham********さん

2016/12/2823:07:01

何故、か。
という質問でしたら、理由はありません。
または、人間はその理由を知りません。
ただ誰かが、そうなっている、ということを発見したというだけです。

sin********さん

2016/12/2600:39:00

粒である質量が
エネルギーに変換されると
光速で広がる球の表面積に化けるイメージになる・・
なので
球の表面積4πrの2乗と似た公式になるのでは?
4πという部位が質量mに該当して
rの二乗という部位が光速の2乗に該当する
単純にそんなイメージの式な印象を受けるが・・・
これを逆説的に考えれば
質量という存在の根源的部位を分解すれば
もしかしたら
4πという形態に分解させる事が可能な物理的な何かが存在するのかも

xxr********さん

2016/12/2318:40:46

ある物体の運動量pと速度vが分かっているとき、

p=mv

となる比例定数mを、質量と呼びます。
「全ての物理法則は、ローレンツ変換をしたときに不変となる」と考えたアインシュタインは、この物理量が、ローレンツ変換で不変となるためには、質量に補正を加える必要があることを発見しました。

補正した質量は、静止質量をM、光速度cとして、

m=M/{[(1-(v/c)^2)]^(1/2)}

で表されます。

この式を、べき級数展開すると、

m=M{1+(1/2)([v/c]^2)+(3/8)([v/c]^4)+•••}

と展開されます。分かり易くするため、また、通常、v<<cなので、4乗項以降は無視します。すると、以下のように簡単になります。

m=M{1+(1/2)([v/c]^2)}

この式を書き直すと、

m(c^2)=M(c^2) + (1/2)M(v^2)

となり、(1/2)M(v^2)が、ちょうどニュートン力学の運動エネルギーと同じ形です。

つまり、質量に光速の2乗を掛けたものが、エネルギーであることが分かったわけです。

2016/12/2318:05:56

原子核の質量とそれを構成する核子が自由な状態にあったときに観測される質量の和との差である。原子核の結合エネルギーの大きさを質量の単位で表したものである。

Mc2=c+M×c-M = E である。

理解できましたか?

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