Ｅ＝ＭＣ＾2は、一般の化学反応のエネルギー発生説明にも適用できますか？

質問

Ｅ＝ＭＣ＾2は、一般の化学反応のエネルギー発生説明にも適用できますか？

上記方程式は、一応「数学的」には(ローレンツ変換、ミンコフスキー空間・・）マスターしたつもりです。感覚的にはわかりませんでした。
（50年前に工学部を出たが物理系ではない全くの素人。リタイア後近くの工業大学で聴講生で習得）

最近ふと考えたのは、例えば酸化熱とか、火薬の爆発などの一般的？化学反応でのエネルギーの発生時も
元の元素（原子）が、他元素に変わっており、そのとき若干の質量変化があるという記事を見、このような疑問を抱きました。

一般化学反応のエネルギー放出は、「結合エネルギー」が解けて発生と習った気がするのですが、この結合エネルギーと、質量欠損、Ｅ＝ＭＣ＾2という単語を使って説明してくださると嬉しいんですが。

原子、電子の働きに付いても、量子力学のごく初歩を習いましたので、ある程度専門的説明でも結構です。

広島市　好奇心老人

回答No.5

BASKETMM

中公新書に「遺伝子・脳・言語」「科学者という仕事」「言語の脳科学」という酒井先生の面白い著書がありますので、ご興味があったら読んでください。物理学科出身の著者が、医学の分野、言語学の分野で研究し、意見を述べておられるのは、非常に興味深いと思います。MRIなどという医療機械も使っておられます。

お礼

有難うございます。
早速読んでみます。

回答No.4

BASKETMM

No.2/3 です。このサイトで雑談をすると叱られるかも知れませんが。そして頭の中の整理が出来ていないので、仮の文章ですがお送りします。

アインシュタインに続いて量子力学を作り上げたのはハイゼンベルク、ボーア、シュレーディンガーなどと理解しております。

ハイゼンベルクの量子力学は行列力学は表現方法が違うだけで同等のものだそうです。しかし、ハイゼンベルクは行列という数学の言葉／概念を知りませんでした。今は教養課程の学生でも知っているのに。

歴史的に見ると、昭和初期の東京帝国大学数学科の授業には、行列は出てきませんでした。
戦後の昭和２０年代に理系のクラスは数学科でなくても、行列を習いました。
今日の大学では、理系でなくても、線形代数という授業を習うことが出来ます。
線形代数という言葉は昭和２０年代にはありませんでした。

私たち高貴（？）高齢者が、数学／自然科学をもう一度勉強するに気なったら、このような歴史的な見方をするのがよいかなと思いました。私たちは量子力学を研究して、原子力発電所を設計しようとは考えていないのです。それならば、歴史的な見方、人間の考え方の変遷を探求するのが面白いのではありませんか。

ご質問にあった本は思いつきません。最近は、大定理解決の解説など面白い本が多く、年金生活者の懐を痛めます。出身大学の近くにお住まいなら、冷暖房完備の図書室が利用できますね。周りを見ると、週末も含めて学生がよく勉強しています。日本の将来は明るいと思います。

お礼

近年科学関連の面白い本が沢山出ますね。

ほとんど図書館（広島市、工業大学、廿日市市）で借りて読んでます。
最近は「脳科学」本を多読しています。

例えばＪ・リンデン「つぎはぎだらけの脳と心」
　　　福岡伸一　　「生物と無生物のあいだ」「動的平衡」
　　　池谷伸一　　「進化しすぎた脳｝

これらの本と、科目履修生でちょっぴり覗いた「量子力学」の世界

特にヤングの光の実験→ΔxΔｐ≧ｈ/2→シュレーディンガー方程式の世界（数学的には一応理解したつもりですが、実感はまったくない）の、物質（原子）の存在は「ある」「ない」と「未だ観測していない」の三態で、観測しない限り「あるともないともいえない」→客観的実在と主観的実在は違う・・というわけの解らない理論（科学として実験、理論確立はしてるが）世界が、何か繋がっているように「素人考えをもっています」

それで、原子の働き、構造という「共通項で」Ｅ＝ＭＣ＾2も、脳の不可思議なあいまいさと「認識」の不思議さを生きてるうちにしりたいな・・と思っているのです。

どれで先ず、一般化学反応もＥ＝ＭＣ＾2説明できるか、知りたかったんです。

最初のご回答者の説明は明快でしたが、ではなぜＥ＝ＭＣ＾2を、原子の力学的構造で説明しないのか
、そのような本を散々探しましたが見当たりません。一般相対性理論ではなく、Ｅ＝ＭＣ＾2の説明だけなら、ローレンツ変換とかミンコフスキー空間などの迂回をせず、ストレートに説明できるはず・・と（素人は怖いですね）、思うんです。

実は、Ｅ＝ＭＣ＾2を習った若い先生は素粒子研究専門だそうで、このような質問も雑談したのですが
力学的説明は未だ自分には出来ない・・というお話でした。
多分、数学的には出来ないという意味だったと思いますが・・

いずれにしても、新しい事実を知るたびに「ユーレカ」と内心叫んでいます。

回答No.3

BASKETMM

No.2 です。書き忘れました。

『世界でもっとも美しい、１０の物理方程式』という本が日経ＢＰから発行されています。

とても面白い本で、E = MC^2 も１０のうちの一つにもちろん入っています。marchmmmさんのご身分の方に、まさにピッタリです。

お礼

かさねてありがとうございます。
ご案内いただいた本は読んでます。
元は、Ｄ・ボダニスの「Ｅ＝ＭＣ＾2」がきっかけで、以降基礎物理2科目と特殊相対性理論個人ゼミを近くの工科大学の「科目履修生」で一年学びました。

何しろ丁度半世紀前の知識レベル（工学部受験を生物と化学で受験し、面接官に怒られた）だったので、「ベクトル」や「行列」が全く解らず（半世紀前も解ってたか怪しい）、「やさしい線形代数」なんて本から始め、結構大変でした。

半世紀前のの大学の（地方国立）「教養部」時代の「物理一般」の授業で「相対性理論を理解しているのは日本で5人しかいない」と教授が言うような、いい加減な時代（全くでたらめであることは、その後本を読んで解りました）で、原爆を身近に受けたこともあり、この方程式はずっと知りたかったのです。

一昨年の科目履修では専門の先生が居られず（地方私大）、一応純数学展開で方程式の理解を授かりました。解ったときは嬉しかったです。ただ「実感がなかった」。

一般化学反応も同じということがわかり、（原子レベルで考えると）、はじめてこの方程式が実感を持って理解できました。

ところで「Ｅ＝ＭＣ＾2」を、「原子」の力学的構造面から解説した「素人向けの本」はご存知ありませんか。

回答No.2

BASKETMM

marchmmmさん。このサイトの質問として、とてもよい質問を書いて下さいました。

私も同じ身分の高貴（？）高齢者なのです。自分の専門分野を隣接分野に少しでも広げて行くのは楽しみですね。

okormazd さんも、質問にピッタリの書き方で回答されています。このような問答がどんどん増えることを喜んでいます。直接の答えでないので、叱られるかも知れませんが。

回答No.1

okormazd

一般の化学反応でも，核反応でもE=mc^2は，全く同じです。
だだ，化学反応の場合は，質量変化(=エネルギー変化)が小さいので，これを無視しているだけです。
核分裂の場合，核子あたり結合エネルギーの小さい原子核の結合を壊して，核子当り結合エネルギーの大きい原子核に分裂させます。このときの結合エネルギーの差が解放されて莫大なエネルギーが発生します。核子当りの質量は，結合エネルギーの分だけ小さくなっているので，結合エネルギーの小さい原子核では質量は大きく，結合エネルギーの大きい原子核では，質量は小さくなっているので，分裂の前後では，その質量の差の分の質量を失うことになります。
化学反応でも，反応物の結合エネルギーは小さく，生成物の結合エネルギーは大きいのです。この結合エネルギーに応じて，質量も小さくなっているので，反応物の質量は大きく，生成物の質量はちいさくなります。反応熱は，結合エネルギーの差になり，質量も反応の前後では質量は小さくなっています。
化学反応の場合、分子1個当たり数eV程度、核分裂の場合原子1個当り数百MeV程度のエネルギー変化です。核分裂は化学反応の10000000倍以上のエネルギー変化で，質量変化もこの割合です。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F%E6%AC%A0%E6%90%8D

お礼

明快なご説明有難うございました。

Ｅ＝ＭＣ＾2を、数学的に証明することは出来たのですが、全く「実感」がなかったのです。
原子の構造の拙い知識とあわせると、やっとＥ＝ＭＣ＾2が、実感として理解できたように思います。
同様の質問を先生にしたんですが、ご専門じゃなかったんでしょね。