特殊相対性理論

質問

「光子が質量を持たない」というのはよく聞く話ですが、それは相対性理論から得られる式で運動する物体の速度をcとするとm=0が得られるからですか？つまり、静止質量は持つのでしょうか。
もし静止質量を持つとすれば、屈折率が1ではない媒質中を運動する時には質量を持つことになりますよね？？
とはいっても、屈折率は極端に大きなものは作れないでしょうから、質量が増えるとしても微量ですし、実際どのくらいになるのか予測できないので、実験で観測できないからといって「増えない」とはいえないですよね。理論的に結論づけられるのでしょうか？

少し前まで、ニュートリノは静止質量を持たないと思われていたが、最近ごく微量の静止質量を持つことが分かった、と言う話を聞きましたが、光子はスピードを下げることが難しいから、今の所静止質量があることが確認されていないだけ、ということでしょうか？

回答No.1

shiara · ベストアンサー

光子の静止質量は定義できない、というのが正解です。光子のエネルギー運動量ベクトルの内積を求めるとゼロになりますので、便宜上、光子の静止質量はゼロとしていますが、光子は常に一定速度でしか運動しません（真空中での話ですが）ので、静止することがありません。したがって、静止質量を定義できません。また、光子に静止質量を定義しなくとも、問題は生じません。つまり、静止質量を定義する必要もないということです。
　ちなみに、ニュートリノの静止質量については、静止質量がある、というニュースは聞きますが、その場合ニュートリノが左巻きスピンしか持たない理由がどうなるのかという説明を聞いたことがないので、まだまだ信用はできないと考えております。

お礼

定義しなくていいんですね。ありがとうございました。

回答No.2

MASA51

光の質量という言葉はたいへんまぎらわしい言い方で、しばしば誤解を招きます。相対性理論では、

(エネルギー)の2乗 ＝ (光の速さ×運動量)の2乗 ＋ (静止質量×光の速さの2乗)の2乗

という式になっています。光の”静止”質量はゼロです。したがって上の式は

(エネルギー) ＝ (光の速さ　×　運動量)

となります。
重力は　静止質量にたいして働くのではなくエネルギーに働きますので、エネルギーは重力から見ると　”重力”質量を持っていることになります。

これをもって、光も質量を持っていると言っているのです。

補足

あ、そういえばMaxwellの電磁気学からE=cpが導かれるということは聞いたことがありますが…
それとE^2=(cp)^2+(mc^2)^2を合わせるとm=0が出てきますね。まあ、E^2=…の式の導出方法は知らないので、そのときにE=cpを使っているなら循環してしまいますが・・・