光子の質量と時間について

質問

始めまして、FIXと申します。

光子について色々調べてみたのですが質量0で時間の概念がない素粒子と書いてありましたが、質量0なのになぜブラックホ－ルなどの強い重力に捕われるのでしょうか？、空間自体が曲がっているからなのでしょうか？

また、時間の概念がないのなら光子（素粒子）は永遠に崩壊しないのでしょうか？。時間の概念が無いのなら減衰して電波になったりしないと思うのですが。

予断ですが光子について調べている際、時空連続体の中を我々が光速で進んでいて光子は止まっている、だから光速より早いものはないとありましたがこの話はどう評価されているのでしょうか？

宜しくお願いいたします。

回答No.3

shiara · ベストアンサー

光子の静止質量をゼロと考えても特に問題は無いようですが、実際は、光子の静止質量は定義できません。確実に言えることは、光子のエネルギー運動量ベクトルの内積をとるとゼロになる、ということです。他の粒子は、内積の値が(静止質量×c)^2になっているので、とりあえず、光子の静止質量はゼロとしているだけです。なぜ光子の静止質量を定義できないかというと、光子は静止することがないからです。運動しているときの質量は、エネルギーをc^2で割って定義することも出来ますが、それを使ってどうこうする訳でもないので、必要はありません。
　一般相対性理論での重力相互作用は、質量ではなくエネルギーによって記述されます。したがって、光子の質量が何であるかは関係なく、エネルギーで決まります。空間が曲がっているから光子の進路が曲がるのではなく、重力相互作用により光子の進路が曲がったことを、空間が曲がっている、と表現しているだけです。
　光子にとって時間の概念があるのかないのかは、人間にとっては意味のない問題です。時間の概念がないから他の粒子に崩壊することがない、というのは正しい推論ではないでしょう。明らかに光より遅い陽子は、崩壊はしていないようです(断言はできませんが)。
　「時空連続体の中を我々が光速で進んでいて光子が止まっている」という話は聞いたことはありませんが、そうだとすると、我々の中で速い遅いがあるのはどう説明されるのでしょうか。
　光以外の物質も本当は光の速さで動いている、という話はあります。ディラック方程式を解くと、電子の移動する速度は本来は光の速度である、という結果が得られます。ただし、すべての電子は、正エネルギー電子と負エネルギー電子の混合した状態にあり、行きつ戻りつを繰り返しているため、光の速度を超えることは出来ません。

お礼

回答有難う御座います
re>重力相互作用は、質量ではなくエネルギーによって記述されます。

光子はe=hvのエネルギ－を持っているので重力と相互作用する分けですね。
大変参考になります。

回答No.2

ojisan7

見かけ上、というよりも、実際に、ｈν/c^2
という質量を持っていると考えるべきだと思います。ですから、当然、重力も働くと、考えるべきだと思います。

お礼

回答有難う御座います。

回答No.1

ojisan7

☆確かに、空間が曲がっているから、という答え方もできると思います。

☆光子の静止質量は確かに０ですが（とはいっても光子は静止しませんが）、
ｈν/c^2という質量を持っています。

☆光速で走る物を静止系で見た場合時間が止まっているように見えるという意味です。

☆我々が光速（に近い速度）で進んでいて光子は止まっていることは、ありえません。光子はあくまでも光速です。

お礼

回答有難う御座います。

光子は運動量があるので見かけ上質量がある事になる。と言う事でしょうか？