質量とエネルギーの関係を簡潔に教えてください

質問

質量とエネルギーは同じ
というのがいまいちピンときません

アインシュタインの式E＝mc2とかひも理論とか光速とかナントカ理論とかなしで、説明おねがいできますか？

例えば、目の前にあるカップの質量が100グラムだと、それがなんでエネルギーになりえるのでしょう？

ガソリンが燃えて熱エネルギーが発生するのは経験的にわかるんですが

回答No.1

SI299792 · ベストアンサー

科学で質量保存の法則を習ったから、混乱しているのだと思います。
　ざっくりいうと、化学変化の前と後で、質量の合計は 10000000分の１位変化しています。燃やすようなエネルキーを出す反応なら、その分軽くなるし、逆に水の電気分解のようなエネルキーが必要な反応なら重くなります。核反応のような膨大なエネルキーを出すなものなら1000分の１位軽くなっています。減った質量は光子になりますが、光子に質量はありません。
　カップの質量が 100グラム、もしこれをすべて光子に変えることができれば、核反応と比べ物にならない膨大なエネルキーを生み出せます。質量とはエネルキーの塊なのです。
　なお、ここに出で来る数字は、昔の記憶を頼りに書いたもので、かなりいい加減です。数字そのものは比喩だと思って信じないで下さい。

お礼

有難う御座います
でもやっぱりよくわかりません。、、
質量とはエネルギーのかたまりというのが体感としてわかりません
なぜカップがエネルギーの塊なのでょう？

回答No.8

CC_T

質量が持つエネルギーは「静止エネルギー」であり、物が「そこにある」ということはそれだけのエネルギーがそこにある事に等しいという意味を持っています。
ただし静止エネルギーは物質が変化しない限り変わらないもので、力学的エネルギーや化学的エネルギーといった「現象として現れるエネルギー」とは形態が異なるものです。

子供に説明するレベルの事柄で例えてみるなら、こんな感じ。
・オニギリはただそこにあるだけでもカロリーというエネルギーを内包している。
・ただし、普通のオニギリは放置しておいてもいきなり燃えたり動いたり電磁波を発したりはしない、「安定した存在」です。
・人がオニギリを食べることで消化の過程でエネルギーが取り出され、オニギリは失ったエネルギー分の質量を減らしながら、排泄物等へと変化する。

つまり、オニギリという質量から人が使える形のエネルギーを取り出すには、例えば消化というプロセスを経る事が必要なわけです。

さて、大抵のオニギリは安定して存在するものですが、世の中には握りが甘いのか「存在が不安定なオニギリ」って代物がありまして、これは放っておくと中の具が飛び散らしながら熱エネルギーを放出し、放出したエネルギー分の質量を失いながらもパリッと安定した「焼きおにぎり」へと存在が変化します。
で、この時とび出した具が別の「不安定なオニギリ」にあたるとそのオニギリも具とエネルギーを放出して焼きおにぎりへ変化して・・・という反応が継続的に繰り返されるのが原子炉等の中で起きている「臨界状態」で、必要以上の変化が起きることを制御棒や水で抑えることで発生する熱を調整してボイラの熱源として利用して発電しています。

制御棒など無いまま、近距離にまとめられたオニギリ達がごく短時間のうちに焼きおにぎりに変化しつつ周囲に飛び散るとともに大量の熱と具をまき散らすってのが原爆ですね。

お礼

有難う御座います

回答No.7

kuro804

こんばんは
そんな難しいこと判るはずもないです。．．．が
自分なりに納得出来る事は
その１
ガソリンという液体に何百度かの発熱体を近づけると燃えるようで、上手くすれば、それでお湯がわくから、ガソリンが熱エネルギーになった、あるいは熱エネルギーの源であった、と理解しています。
その２
もし、バカな私が足下に転がってる石に火を近づけて、”皆さん、もしこの石に火がつけばそれは、石の一部が熱エネルギーとなったのです。もし石が１ｇ軽くなれば、それは１ｇの石の質量が熱エネルギーに変換された訳です。”と演説しても誰も信用しないですが、アインシュタインはそれを科学者に信用させたのです。
その３
石はマッチ棒の火では燃えませんが、石炭ならバーナーを持ってすれば燃えます。ただ単に目先では燃えないだけです。燃やし方を知らないだけなのです。１００ｇのカップであろうと、この世の物体はすべて燃やせば熱エネルギーが発生するでしょう。おそらく１００ｇなら
Ｅ＝０．１ｋｇ　ｘ　Ｃ＾２　　となるのでしょう。
その４
即ち、カップの燃やし方さえ判れば、ガソリンが燃えて熱エネルギーになるのと変わらない事です。
無論、ガソリンが真空中ではたぶん燃えないから、空気中のある成分も一緒に燃えるでしょうから、その分は差し引きしないとＥ＝ｍＣ＾２の計算式から誤差がでるでしょう。
その５
私もカップを１０ｇ程燃やして、電力会社に熱エネルギーを買い取ってもらおうかと考えています。たぶん一千万円以上の太陽発電パネルよりお金を生むはずです。．．．m(_ _)m

お礼

有難う御座います

回答No.6

cwdecoder

エネルギーが発生する時は質量を失います。
ガソリンが燃える化学反応であっても厳密には質量欠損が起こりますが、核分裂等による質量欠損に比べると無視できるほどに小さいです。（=発生するエネルギーも小さい）

お礼

有難う御座います

回答No.5

OKWavex

この世のものはすべて形を変えたエネルギーだからです

お礼

有難う御座います

回答No.4

nagata2017

実際にそれが起きている現場。
医療において　体の中を物理的に調べる機械のひとつ　PET。
付属のサイクロトロンで陽電子を作成して体に注入し　電子と出会って　対消滅するときに発生する　光子(ガンマ線)を測定して　生体の機能を観察する。

電子と陽電子の対消滅によりエネルギーに変換する
電子の静止質量に等しいエネルギー（511keV）の光子（ガンマ線）が2個放出される(消滅放射線)。この時、おのおのの光子は元の電子と陽電子の運動量を保存する為に、正反対の運動量をもつ。すなわち、反対方向へ対で放出される。

お礼

有難う御座います

回答No.3

tetsumyi

質量とエネルギーは同じと言うことではありません。
質量が消える反応がある時にエネルギーに変わると言うことです。
目の前にあるカップの質量100グラムがエネルギーになるなんてことは起きません。
ガソリンが燃えると、ガソリンが酸素と化学反応して違う物に変わるとき熱を出すのです。
重水素が原子核反応してヘリウムに変わる時に熱（エネルギー）を出すのです。
ウランが核分裂して違う元素に変わるときに熱を出すのです。
この時質量がわずかに減って、このエネルギーがE＝mc2となるということです。
これを物理理論として導き出したことでアインシュタインは偉い。

お礼

有難う御座います

回答No.2

qwe2010

例えば、ダムにある水、それを使って電気を作っています。
位置エネルギーから、下に動く運動エネルギーとなり、タービンを回して、発電して、電気エネルギーを得るのです。
カップを手に持つと、力が必要です。
カップが下に落ちると、床に傷がつきます。
エネルギーがあるから、傷がつくのです。

カップを斜めの板の上に乗せると、滑り落ちていきます。
いたとカップの接点には摩擦熱が生じます。

人の体もエネルギーの塊、横たわっていれば、エネルギーはないように見えるが、自由に動かすことができる。
エネルギーを秘めているから動くのです。

物質は、熱エネルギーも持っている、
持っていなければ、-２７３度です。

お礼

有難う御座います