物理の基礎？？

質問

物理学というかアインシュタインの本を読んでいるとまったく基礎がわからないので、質問します。まず光の速さをはかる実験をしていますが、これが根本的に意味がわかりません、光の速さ？？？どうやって実験するのでしょうか？この光とは、たとえば何でも当てはまるものをいうのでしょうか？懐中電灯のスイッチをオンにしたときに出るものも光ですか？？
あとは、低いところ例えば地上と、宇宙では、時間が異なるのでしょうか？宇宙から見て地上の時計は遅く見える？？よくわからなイですが、この定理も教えてください。
最後にアインシュタインは質量とエネルギーは同じと規定しましたが、このエネルギーがまったく想像できません。私たちの日常生活でいうとどういうことなのでしょうか？もっと解りやすくこの定理も教えてください。
どなたかかなり簡単に例をつけてお願いします。

回答No.1

sekisei · ベストアンサー

順番に・・・
１．光の速さを計る実験。
アインシュタインの本を読まれていたにでしたらおそらくこれはマイケルソンモーレーの実験だと思います。
これは光の速さを測る実験ではなく、エーテルという当時考えられた光の媒質があるかどうかを確認するための試験です。
また光は普通の光でレーザーとかではないです。

２．地上と宇宙で時間が異なるか。
これはその通りですが、注意しないといけないのは見かけで違うのと実際違うことの２つとも起こっています。
先に実際の時間の違いですがこれは重力の強さの違いによるもので、地上の方が宇宙空間よりも時間の速さが遅いです。
これは見かけではなく実際実験も行われて確認されています。
また、宇宙から地上の時計を見ると時間が遅く見えるかという点もその通りで、遅く見えます。
しかしこれは見かけです。

３．質量とエネルギー
一番判りやすいのは原子力発電の基本反応でしょうか。
核分裂はウランの核が中性子で半分に割れる反応です。
しかし、この割れた破片を集めた重さは元の割れる前のウランの質量より軽くなっています。
この軽くなった分が電力発電に利用されるエネルギーです。

あまりに長文になるのでかなり概要だけ話てしまいました。
後ほど参考URLを探してみますね。

補足

ありがとうございます。しかし、エネルギーがいまいちピンと理解できませんね。もう少し解りやすくお願いしたいのですが・・・。また、エーテルは今まで音など何か物を通じて音があるという具合に、光も何か媒体もので通じているということなのでしょうか？ばかげている質問かもしれませんが、光の速さは目には（人の）見えませんよね？？

回答No.6

shiara

No4です。質量には2つの種類があります。慣性質量と重力質量です。慣性質量は、下記で説明したように、力と加速度の比例係数です。重力質量は、万有引力の法則に現れる質量で、地上で物が重い、と感じる原因となるものです。この2つの質量はまったく別々に定義されているにもかかわらず、実質的に同じもの（等価）とみなされています。単に同じものとみなされているだけでなく、実験的にも、慣性質量と重力質量は高い精度で比例関係にあることが確認されています。なぜ慣性質量と重力質量が等価なのかは分かっておりません。マッハの原理のような考え方もありますが、そういうものだ、というのが実情です。

回答No.5

marsmaru

簡潔に詳しく、というのはちょっと難しいですが・・・。

核分裂は、6gのものが3gと2gのものに分かれ、残り1gがエネルギーとなるような反応、
核融合は、2gのもの2つから3gのものをつくりだし、残り1gがエネルギーとなるような反応です。

回答No.4

shiara

質量とエネルギーの関係について回答します。
　質量とは、物体の加速されにくさを表す量です。同じ力を与えた場合、加速が遅い物体は、加速が速い物体より質量が大きい、ということになります。
　物体をどんどん加速していくと、光の速さに近くなりますが、光の速さに達することはできません。この運動を観測すると、光の速さに近づくにつれて、加速度は小さくなっていきます。加速度が小さいということは、質量が大きいということです。つまり、物体を加速していくと、物体の質量が大きくなります。この質量の増加は、物体の運動エネルギーの増加に対応します。これを式で表すと、以下のようになります。
　エネルギーと質量の関係式Ｅ＝ｍc^2のＥは、その物体が静止しているときの質量エネルギーｍ。c^2と、運動エネルギーＴ、ポテンシャルエネルギーＶの合計です。すなわち、ｍ。c^2＋Ｔ＋Ｖ＝ｍc^2となります。この式をc^2で割ってｍを与える式にすると、ｍ＝ｍ。＋Ｔ/c^2＋Ｖ/c^2となります。この式を日本語で説明すると、物体の質量は、運動エネルギーおよびポテンシャルエネルギーによって静止時の質量とは違ってくる、ということです。

補足

質量とは物の重さのことですよね？？これは、物の加速が遅いと質量が大きいと書かれていましたが、これはなぜとたずねても、こういう法則だからなんで？といわれても見たいな感じでしょうか？？何か納得ができないというか、ピンとこないですね・・・お願いします。

回答No.3

sekisei

いえいえ、私もわかったような口を利いているだけですよ（汗）

質量とエネルギーの話しですが、ウランの質量が例えば１だったとき
分裂して2つのかけらになったとします。
その時2つのかけらの合計質量は０．９になったりします。
その際辻褄が合わない０．１質量分がエネルギーとなるのです。
この分で電気を作っています（実際はもっと割合は小さいですが）

あとエーテルですが、そうです。昔は音と同じようにその電磁波としての振動を伝える何かがあると考えられていました。
そして光速度はその媒体に対しての速さだと考えられていました。
その媒体がエーテルですが、エーテルは物質とはあまり相互作用せずに地球はそのエーテルの中で太陽の周りを公転していると考えられていたわけです。
光の速度がそのエーテルに対しての速度ならエーテルに立ち向かう光とエーテルを横から受ける光ではその速度に違いが見られるのではというのがマイケルソンモーレーの実験の発端でした。

そうですね、光の速度は日常生活では感じられませんね。
昔の人はいろいろ知恵を絞って光の速さを測ろうとしました。
例にレーマーが木星のガリレオ衛星を使った測定や、フィゾーの歯車を使った測定などがありました。

もし不明な点があればまた補足などで質問してください。

お礼

ありがとうございます。納得は微妙ですが、もっともっと本を読んで学ぼうと思います。ありがとうございました。詳細の記述感謝します。

回答No.2

marsmaru

＜光について＞
光の速さの実験は、
一番最初には、歯車のでこぼこの幅と回転スピードの関係から求めていました。
現在では、計算により求めることができます。

音は波なので、ある媒質を伝って進みますが、
光は波としての性質を持ちますが、媒質は無くても（つまり真空でも）進むことができます。
これは、光が電磁波の一種であることから説明ができます。
（電磁波は真空中でも進むことがMaxwellの方程式及びその周辺の式から導かれます）

＜時間について＞
相対論によれば、光の速度は一定ですが、質量と座標と時間は変化します。（以下時間のみ）
もう少し詳しく書きますと、
運動している物体の時間と、静止している物体の時間は違う進み方をします。
宇宙が静止している、地球が動いているとした場合、
時間は違う進み方をします。
ちなみに、自動車に乗っている人と、家で本を読んでいる人も厳密に計算すれば時間の進み方は違います。
ただ、あまりにもその差は小さいので、
私たちは同じ時間とみなしているわけです。

＜エネルギーについて＞
エネルギーをE、質量をm、光の速さをcとして、
E=mc^2
という式があります。
これが質量とエネルギーが同一視できるというものの由来です。
ただ、もちろん質量とエネルギーは単位が違いますし、
1gの水を全てエネルギーに変換することは原理的に不可能です。
例えば、ウランなどの放射性物質が核分裂をすると、
質量が変化するために、その質量の差の分だけエネルギーが放出します。
この原理を使ったのが原子力発電所です。
太陽は、水素２つからヘリウムをつくる核融合反応をするために、
膨大なエネルギーを放射しているのです。

補足

ありがとうございます。わがままな補足ですが、核分裂と核融合の違いをもう少し簡潔に詳しく、中学生いや、小学生がわかるくらい簡単にお願いします。