E=mC^2でエネルギーに変わった質量の行方は？

質問

E=mC^2は核反応以外の変化でも成り立っていると書いてあるのを見ました。ガスを燃焼させたときなど。（質量保存則は近似的に成り立っていると言うことだったんですね。）
では、例えばガス（何のガスでも、例えば家庭のプロパンガス）の燃焼で損失したガスの一部がエネルギーになって、上にかけてあるやかんのを暖めるのに使われたとしたら、それはどうなってしまうのですか？
熱エネルギーになっているとしたら、それは振動になっていると言うこと？それがまた何かの物質になったりするのですか？なるとしたら、もともとのガスの成分になるのですか？それとも何にでもなるのですか？
地球上で核融合が難しいように、地球上では無理で地球の質量は軽くなっていっている？
どうなんでしょうか。ご回答よろしくお願いします。

回答No.4

chukanshi · ベストアンサー

>周期表の一番、右にあるやつがアルゴンとかがかなり安定しているって教えられた
>ような。

それは、原子の場合ですね。原子核のまわりをまわっている電子のことを考えると、ヘリウムやアルゴンが安定です。

で、原子核、つまり陽子と中性子の集合だと、鉄が一番エネルギー的に安定です。
つまり、核融合や核分裂などの原子核反応ががひじょーーーにながーーーい時間かかって起って到達するのは、最終的には鉄になるということです。

お礼

そう言えば、高校の時にちょこっとやったような気がします。
どうも再三ありがとうございます。

回答No.6

Mell-Lily

冷たい水より熱い水の方が、その分子の速さが大きいわけですから、相対性理論から、
　M=M_0/(1-v^2/c^2)^1/2
の関係によって、分子の質量は増加します。従って、水は重くなります。
エネルギーが慣性を持つというのは、物体がエネルギーを得た分だけ、その質量が増加するということです。開閉シャッター付きの箱の中を光で満たし、シャッターを一瞬だけ開いて閉じれば、その間に放射された光子のエネルギー分だけ、つまり、
　E=mc^2
の質量分だけ、この箱（光子箱）は軽くなります。この意味で、光は質量をもつと言うことができます。

補足

光の質量はゼロなのでは？
光は質量を持つのですか？

回答No.5

Mell-Lily

E=mc^2という数式は、エネルギーと質量が比例するということを意味します。このことは、核反応に限って成り立つというわけではありません。これは、相対性理論の帰結であって、一般的に成立する物理法則なのです。ただ、光速cの値がとても大きいため、余程大きなエネルギーの変化がなければ、質量の変化は極微小で、これを実験装置で測定することは不可能です。ところが、核反応では、エネルギーの変化がとても大きいので、質量の変化も測定できるわけです。そして、これが、E=mc^2という数式の実証にもなっています。
ガスコンロで薬缶に入った水を温める場合にも、E=mc^2の法則は成り立っています。ガスは燃焼することで質量を失い、逆に、水は温まることで質量を得ます。物質は、冷たいときより熱いときの方が、重いのです。また、質量と物質は同じものではないので、質量が増えたということは、新たに物質が生成されたということではありません。

補足

水が得た質量はどのような状態にあるのですか？
熱エネルギーの状態からどのような状態へ変化したのですか？
それともエネルギーが質量を持つ？？

回答No.3

chukanshi

>質が悪いと言うのはエネルギーが仕事に変わる過程でロスが多いと言うことです
>か？

そうですね。熱エネルギーからエネルギーを取り出そうとすると、さらにエネルギーをつぎ込まないといけないですからね。
基本的に、熱エネルギーから、利用可能なエネルギーを何もしないでは取り出せないということですね。

余談ですが、
宇宙が永遠に存在すると仮定すると、宇宙のエネルギーは最終的に全部熱エネルギーに変わってしまい、「熱死」した状態になります。このとき、元素はおそらくすべて鉄になっていると考えられています。鉄が、全ての原子核のうち一番エネルギー的に安定だからです。

お礼

そうなんですか。
鉄が一番安定しているんですかぁ。
知らなかったです。
周期表の一番、右にあるやつがアルゴンとかがかなり安定しているって教えられたような。
再度、ご回答ありがとうございます。

回答No.2

lucky111

これは，相対論（E=mC^2）で考えるより，熱力学で考えた方がいいような気がします．
一般的に，放出されたエネルギーは，その場を留まることなく散ってしまいます．例えば，中央にたまってるビリヤードの玉を弾いたら，元のように中央に戻ることは（ほとんど）ない，といった感じです．

ただ，そんな熱力学も地球上の経験則で作られた理論が多いので，宇宙全体で考えると，物足りないようです．
はたや，相対論は地球上より宇宙（太陽の核融合反応とか）での話が多いので，両者は，ちょっとかみ合わないですね．

touch_me_8さんの質問では，散っちゃったエネルギーはどこ行っちゃうの？という感じだと思うのですが，まず地球上では（ご指摘のように）自然に核融合が起こることはなく，質量は減りません（地球上をぐるぐる回ってると思います）．また，やかんを暖めるのに使ったエネルギーは，散ってどこか行っちゃいますが，地球には太陽というどでかいエネルギーをいつも受けているので，やかんを暖めるのに使ったエネルギーが無くなった心配はする必要ないってことですかね．

まぁ，こんな感じですが，納得がいかないようであれば，レス下さい．

Ｐ．Ｓ．相対論と熱力学を繋げて考えたこと自体は面白いと思います．この問題に正確に答えられる人は，世界でも何人もいないと思います．もし良かったら，touch_me_8さんが，この問題に着手してみたらいかがでしょう．

お礼

そうですねぇ。僕の一生の中で答を出したいですねぇ。
まずは、考える基礎作りに励もうと思います。
まだ、疑問は持ててもそれを解決するための基礎力がありませんので。
ご回答ありがとうございます。

回答No.1

chukanshi

質量エネルギーは、（質量エネルギーに限らず、おそらくあらゆるエネルギーは）「最終的には」、一番「質の悪い」エネルギーである「熱エネルギー」になります。「熱エネルギー」とは、いろいろな物質の「乱雑な（ランダムな）運動のエネルギー」ということです。

一方、質量エネルギーが放出されたばかりのときには、高エネルギーの光子（γ線）や、もっとエネルギーが高ければ、電子反電子対になったりします（β線）。これらがいわゆる「放射線」です。

プロセスは様々ですが、これらの放射線が、まわりの物質に吸収されたりして、それは「熱エネルギー」になります。

補足

質が悪いと言うのはエネルギーが仕事に変わる過程でロスが多いと言うことですか？