光の質量について

質問

一般に静止質量m、運動量pの粒子について
E^2=m^2+p^2
が成り立ち、光についてはm=0なので
E^2=p^2
となる。

というのが私の理解でしたが、ネット上でたまに
光について
E^2=M^2=p^2
というように質量を使って解釈する方法が見受けられます。光速cを使って書くと
p=Mc
E=Mc^2
となっていて確かに初等的な運動量の定義と相対論的なエネルギーと質量の関係式っぽいものが出てきます。また、光を閉じ込めた物体はこのMの質量だけ増加したとみなすことができます。通常だと熱を持った粒子は質量が増加するというような解釈になり、その起源は熱振動からくる相対論的効果と考えられる思います。
この光の質量のようなものMは物理学的に定義されている(名前などが付けられてる)量なのでしょうか？(massiveな場合の相対論的質量に対応する？)
また、このような解釈は専門書などでは見たことがありませんが、物理学でこのような解釈をすることがあるのでしょうか？
さらにこの解釈をした時に不都合なことは起こらないのでしょうか？

回答No.36

noname#189502 · ベストアンサー

こういうの読んでください
http://homepage2.nifty.com/eman/relativity/illusion.html

お礼

回答ありがとうございます。

Mは光の相対論的質量であるが、現在の物理学ではそのように呼んだり質量と解釈するのは不適切ということですね。
相対論的質量はニュートンの運動方程式に現れる質量を特殊相対論的に拡張したものなので、慣性質量であるが、光についても慣性質量の意味で解釈するのは誤りということですね。
質量と呼ぶか否かの問いについては呼ぶ(呼んでいた)と主張している方が他にいるようですので、正しそうです。
http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/mass-energy-matter-etc/more-on-mass/the-two-definitions-of-mass-and-why-i-use-only-one/

回答No.16

s_hyama

＞光についてE=Mと書いてMを質量と解釈するのかという話です。最初からずっとこの質問をしています。

ですよね？
C=1の自然単位系の真空中の光速度は一定であるの話ですよね？

電磁気学において、自由空間（じゆうくうかん、free space）とは一切の物質が存在しない仮想的な空間である。真空中の光速および、真空の透磁率、真空の誘電率といった物理定数により定義される。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E7%94%B1%E7%A9%BA%E9%96%93

であれば、光の速さ（C)に対して光のエネルギーE＝MC^2ですから質量はありますが？
なにか、もんだいでも？

補足

>C=1の自然単位系の真空中の光速度は一定であるの話ですよね？

全く違います。Mを質量と解釈するかどうかという話です。あなたが勝手にE=Mを質量と解釈しているのか否かを答えてください。

>であれば、光の速さ（C)に対して光のエネルギーE＝MC^2ですから質量はありますが？

エネルギーが存在することと質量が存在することは別であると私は理解しています。
あなたはE=Mとおいて、Mを質量と呼び、エネルギーが存在することと質量が存在することを全く同一視しているわけですが、それが一般的なのかあなただけの解釈なのかをずっと質問しています。"エネルギーがあれば質量がある”の一点張りでは答えになっていません。
どうか質問に答えてください。

それから、吉田氏の記事の引用については、あなたのおっしゃる光の質量Mについての記述はなかったということでよろしいでしょうか？

回答No.15

s_hyama

0.ウィキペディアの記事について、不変質量=静止質量という認識でよろしいですね？

ん？静止質量が誤解のもとです。不変質量を使うなら使われない方がよろしいかと

1.光のエネルギーを質量と呼んでいるのかという質問に対して吉田氏の回答はNOですか？

まあ、一般にはNoでしょう？

2.それはNo.2のリンク先のどこを読めば分かることですか？

何処をどう読んでも、ヒッグス機構はよくわからないけれど、一般的に光子に質量はないといってるでしょう

3.あなたの主張する"光のエネルギーの質量"とは光についてE=|p|=M(自然単位系)のことであり、あなたがMを勝手に"光のエネルギーの質量"と呼んでいるだけであり、一般的にはそういう解釈はしませんね？

解釈？なんに対しての解釈でしょうか？
光子のスピードは光速度に対して変化するので、それに対する質量はあるよねと現実な話をしてますが？

補足

>ん？静止質量が誤解のもとです。不変質量を使うなら使われない方がよろしいかと

あなたは静止質量と不変質量の意味を誤解なさっているようです。静止質量と不変質量は同じものです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%8D%E5%A4%89%E8%B3%AA%E9%87%8F

>何処をどう読んでも、ヒッグス機構はよくわからないけれど、一般的に光子に質量はないといってるでしょう

記事には光子に静止質量(=不変質量)がないと書かれています。私が質問している、エネルギーをc^2で割った量Mについてはどこにも書かれていないようですが？

>なんに対しての解釈でしょうか？

光についてE=Mと書いてMを質量と解釈するのかという話です。最初からずっとこの質問をしています。

>光子のスピードは光速度に対して変化するので、それに対する質量はあるよねと現実な話をしてますが？

光速度に対して変化するとはどういう状況を仰っているのですか？
また、仮に光の速さが変化したとして、それを質量があると解釈するのはあなた独自の解釈ですか？それとも一般的なものですか？

回答No.14

s_hyama

んー？、何処をどう読んでも吉田先生の回答もwikiの光子の質量もひゃまの持論も、0→vの物体の重心移動の動かしにくさと組み合わせる質量は光子にはないですが？

補足

そんな話してません。
光のエネルギーを質量と呼んでいるのかという質問を最初からずっとしています。
質問に答えてください。

0.
ウィキペディアの記事について、不変質量=静止質量という認識でよろしいですね？

1.
光のエネルギーを質量と呼んでいるのかという質問に対して吉田氏の回答はNOですか？

2.
それはNo.2のリンク先のどこを読めば分かることですか？

3.
あなたの主張する"光のエネルギーの質量"とは光についてE=|p|=M(自然単位系)のことであり、あなたがMを勝手に"光のエネルギーの質量"と呼んでいるだけであり、一般的にはそういう解釈はしませんね？

回答No.13

s_hyama

何の話してるのよ？
光子の質量の話では？

補足

光子の質量の話ですが？私の

>吉田氏はy/n or わからない のどれを主張しているのか教えてください。

に対するあなたの回答が

>光子じゃない物体の質量は認めるが、光子の質量はNoじゃないでしょうか？

と思われるので、それはどこを読めば分かりますか？という質問をしました。そしてウィキペディアの引用部に書かれている「不変質量」とは静止質量のことなので論点である光のMとは関係ないと主張しました。さらに、

>光のエネルギーには質量はあるといってますが、

と仰るので、それはあなたの主張であり一般的な解釈とは異なりますね？という質問をしました。

回答No.12

s_hyama

光子じゃない物体の質量は認めるが、光子の質量はNoじゃないでしょうか？

光子の不変質量がゼロであり、長距離で基本相互作用することが可能であるため、この力は微視的にも巨視的にも容易に観測することができる。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E5%AD%90

ひゃまは、光速度が一定なのが原因であって、光子の質量は他のエネルギーと何ら変わりなくあるといっています。
理由は、光のエネルギーの速度は変化するからです。

補足

吉田氏という方の主張は光についてMは質量とは呼べないということですね。それはどこから読み取れるのでしょうか。
ウィキペディアの引用部は静止質量のことなので関係ないですね。吉田氏の言葉でもないですし。

ではあなたが勝手に光子に質量があると仰ってるだけで、一般的には(少なくとも吉田氏は(？))そんな解釈はしないということですね？

回答No.11

s_hyama

んー、何度もいうけど、一般的な解釈は吉田先生が言ってるとおりで最初に示しています。

ひゃまは、光に質量はないけれど、光のエネルギーには質量はあるといってますが、

補足

No.2の補足でも書きましたが、リンク先の説明やあなたが引用なさった部分には光のエネルギーを質量と解釈したり、それに関する説明はなかったように思われます。単に対称性の破れによってゲージボソンが「静止」質量を獲得するかしないかという話題です。私の質問とは関係ありません。
私の読解力がないだけかもしれませんので、吉田氏はy/n or わからない のどれを主張しているのか教えてください。加えて、どの部分にその記述があるのか教えてください。

回答No.10

s_hyama

他の方の回答ないですね

エネルギーがあるということは、質量があるということとまったく同じ意味です。

質量とエネルギーが等価であることは、原子核反応に限った話ではなく、全ての場合において成り立つ。
http://ja.wikipedia.org/wiki/E%3Dmc%C2%B2

あと、質量原器もプランク定数に変われば、両者の違いは４元運動量の違いだけではないでしょうか？

キログラムの提案された定義は、現行の定義から根本的に変えられる。現行の定義は「国際キログラム原器の質量」であるが、新しい定義はプランク定数を通して光子が持つエネルギーと等価の質量に関連づけられる。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%96%B0%E3%81%97%E3%81%84SI%E3%81%AE%E5%AE%9A%E7%BE%A9

補足

何度も言うように「エネルギーがあるということは質量があるということとまったく同じ意味である」というような主張は私の知る限り誤りなので、それは物理学における標準的な解釈なんですか？というのが私の質問です。どうか質問に答えていただきたい。y/n or わからない で答えられる簡単な質問です。
質量とエネルギーの等価性をそういう意味で習った覚えはありませんので。

質量の単位をエネルギー換算で定義することとは全く関係のない話です。

回答No.9

s_hyama

＞ニュートン力学と電磁気学は統一されてないというのが一般見解なんですか？
＞どうなったら統一されたことになるのでしょうか？

一応、物理理論体系は以下のようになろうかと
http://www-hep.phys.s.u-tokyo.ac.jp/japanese/panels/History2009.pdf

四つの力が一つの理論で統一できたらじゃないでしょうか？

＞統一されたらその理論に質量としてMが出てくるのでしょうか？

それは統一できてみないと解らないのでは？

＞今のところMという量はあなたの持論の中だけに出てくる量だと思ってよろしいでしょうか？

質量だけの物理量の観測の仕方がわかりませんから、エネルギーや運動量に対して
速さで割った物理量を質量と呼ぶなら力学では私の持論だけでなくニュートン力学から同じではないでしょうか？

補足

リンク先の図にあるニュートン力学とはおそらく重力理論と書きたかったんだと思います。あるいは万有引力の法則でしょうか。重力と強い相互作用以外は一つの枠組みで量子場の理論として統一できてるわけで、それは場の形式で書かれてはいるものの物理法則としてはニュートン力学を含んでいると思います。もちろん超弦理論でも光の質量は0ですし、統一云々は関係ないと思います。

質量は標準模型の粒子については測定されてます。しかもそれは静止質量です。そして私の知る限り光についてはエネルギーや運動量を速さで割ったものが質量とは呼ばれていないから質問しているわけです。話が堂々巡りしているようですので今一度質問内容を確認していただきたいです。質問内容はそんな難しいことじゃなくて極めて単純です。

回答No.8

s_hyama

相対論は真空の定義が曖昧なのでよくわかりません。
ニュートン力学と電磁気学の統一されているか？
は、統一されてないは一般見解かと
共通に取り扱えてるにすぎないのかと

自論は、申し上げてるとおりひゃまの提唱する量子重力理論ですが・・・

他の人の意見も聞いてみるとよいでしょう

補足

ニュートン力学と電磁気学は統一されてないというのが一般見解なんですか？
どうなったら統一されたことになるのでしょうか？
統一されたらその理論に質量としてMが出てくるのでしょうか？

今のところMという量はあなたの持論の中だけに出てくる量だと思ってよろしいでしょうか？

回答No.7

s_hyama

力学と電磁気学が統一されていたら、の読み違いでは？
ひゃまは、されてないから統一見解は無いという認識ですが

補足

ニュートン力学に特殊相対論を取り入れた理論は確立されてますよね。これで特殊相対論と力学は統一されてると思うのですが。重力がある場合も曲がった時空上での質点の力学はすでにありますし、自己重力を含めるなら、場の理論の形式で記述される一般相対論が最も広く統一した古典論だと思います。これらの理論ではMという量は出てきた覚えがありません。
あなたもMという量を主張する一人だと見受けられますが、それはあなたが勝手にそう呼んでいるだけで、一般的にはそれはエネルギーと呼ばれていると考えてよろしいでしょうか。