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高校物理 E=mc^2が正しいことを示す実験とは

高校の教科書では
アインシュタインの特殊相対性理論によれば、質量はエネルギー形態の一つで、質量m[kg]の物体は次式で表される静止エネルギーE[J]をもっている。
 E=mc^2

解説はここで終わっています。これは大変おかしいと思います。

アインシュタインの理論を持ち出すのはいいですが、その理論が正しいことを示す
実験があるのかどうか書かれておりません。つまり教科書を読んでいる限りでは
「確証はないけどたぶんこの式は正しい」といった印象を受けます。

この点はどう理解したらよろしいでしょうか?よろしくお願いいたします。

投稿日時 - 2014-09-16 06:39:48

QNo.8756294

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質問者が選んだベストアンサー

参考までに、歴史的な E=mc^2 誕生までの順番を書いておきます。
アインシュタインの伝記小説に書かれている内容もあるので、もしかしたら伝記の作者の創作が入っているかもしれません。

1.アインシュタインの生まれたころは、「光の速度を測る」という実験が流行していて、いろいろな方法で光の速度が測定され、cが確定された。
2.そのうち、地球の自転、公転の影響で、あきらかに違う結果にならなければならない測定条件でも、おなじcになるという矛盾に気が付いた。
3.多くの学者が実験方法に問題があると考える中、アインシュタインは実験結果をそのまま受け入れ、「cは一定だが、周囲の長さや時間が条件によって変わる」という特殊相対論を発表した。
4.特殊相対論によると、高速で動く物体は質量がふえる。この質量の増加量mは、物体に与えた運動エネルギーEによって決まり、m=E/c^2になっている。これを変形すると、E=mc^2になる。
5.アインシュタイン自身は、これを単に「数式の上で偶然そうなる」程度に考えていて、ほんとに質量とエネルギーの変換が可能とは思っていなかったが、1938年ごろハーン、フェルミらの核分裂実験で、核分裂の前後で物体の質量が減り、その分がエネルギーとなって放出されることが確認された。

投稿日時 - 2014-09-17 10:06:22

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回答(13)

ANo.13

カウフマンよりも1932年コッククロフトとウォルトンの方が直接的らしい。
http://www.qse.tohoku.ac.jp/lab/SCA/exhibit/cock.html
http://kocho-3.hatenablog.com/entry/2014/03/03/074436

投稿日時 - 2014-09-17 21:24:31

お礼

たくさんの投稿をいただきありがとうございます。
皆様の貴重なご意見を今後いかしていきます。

投稿日時 - 2014-09-20 07:38:33

ANo.12

ちょっと古い内容もあるが
http://www.ipmu.jp/webfm_send/574

投稿日時 - 2014-09-17 16:41:01

ANo.11

質料増加の実験(カウフマン)が行なわれたのは1901年
相対性理論発表後に追試がたくさんおこなわれているので
確認は1909年くらいじゃないでしょうか?

投稿日時 - 2014-09-17 10:30:00

ANo.9

理論が先、実験が後
というのは、マクスウェルの方程式も
そうですね。

電波の確認は彼の死後です。

投稿日時 - 2014-09-17 00:26:30

ANo.8

 少し違う視点から。

 アインシュタイン以前の物理の理論は、実験・観察の結果をどのように解釈し記述するか、という流れで組み立てられました。
 しかし、アインシュタインは、実験や考え方の萌芽はあったものの、特定の観察結果を説明するために相対性理論を作ったわけではないのです。
 相対性理論は、物理学史上における特異な理論と言えます。
 こういうことが、アインシュタインを特に有名にした理由だと思います。
 大きく言うとそれまでの力学と電磁気学の間の矛盾を解決するために作ったといわれています。
 E = mc^2 の式も特殊相対性理論の論文を送った後、追加したもので、実験をして確認したわけではありません。
 記憶によると、核分裂反応が発見されたのは、特殊相対性理論の発表の30年ほどのちのことであったと思います。
 結果的には、理論の正しさが実験により確認されたわけです。

 このようなことを高校の教科書でどのように扱うかは考えのわかれるところだと思います。

 >「確証はないけどたぶんこの式は正しい」
 というような事柄が、教科書に載ってるわけはありません。

投稿日時 - 2014-09-16 20:57:49

ANo.7

荷電粒子(主に電子)の
速度と質量の関係の研究は
星の数ほどあるらしいですが

有名なのがこれかな? カウフマンの実験。

http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_Key=16-03-03-02

これを教科書に載せる/載せないは著者の
自由じゃないかな?

投稿日時 - 2014-09-16 16:39:17

ANo.6

>光速を超えられないとありますが、チェレンコフ放射は荷電粒子が光速を超えたときに発生するのですよね?これって矛盾していませんか?
ここで超えられないと言っている光速は真空中の光速です。
わざわざ真空中と言わないのは言われなくても分かることだからです。

屈折率 n の媒質中の光速が真空中の光速の 1/n になるのは教科書にも載っているようによく知られた事実です。

水の屈折率は約1.333ですから、水中の光速度は真空中の約75%です。
水中でこの速度より速い速度で家電粒子が運動すればチェレンコフ光が発生します。
とくに矛盾などありません。

投稿日時 - 2014-09-16 13:25:46

お礼

ありがとうございます。光の速さが真空中であることは
後でWikiを読んでわかりました。
どうも手数をおかけしました。

投稿日時 - 2014-09-19 12:02:09

ANo.5

え、真空中の光速でない場合、水中の光速とか光速を超える現象なんていくらでもあるでしょ

投稿日時 - 2014-09-16 09:29:03

ANo.4

No.3です。

誤)原子力発電とか原発が実用例です。

正)原子力発電とか原爆が実用例です。

投稿日時 - 2014-09-16 08:11:01

ANo.3

E=mc^2 が最も身近で確認されるのは、核分裂反応です。原子力発電とか原発が実用例です。

核分裂反応を詳しく調べてみましょう。

投稿日時 - 2014-09-16 07:46:26

ANo.2

http://blogs.yahoo.co.jp/astraysheep2

を参考にしたらどうでしょう。

投稿日時 - 2014-09-16 07:20:32

ANo.1

以下がそうだよ
http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_No=16-03-03-02

最近は相対論的質量は不変質量と矛盾するので教えてないのかな?

投稿日時 - 2014-09-16 06:58:41

お礼

ありがとうございます。当方の知識では内容がほとんど理解できませんが、次の記事は気になります。

どんな物体でも加速していくとその質量が増大してゆき、どんなに加速しても光速を超えられないことが知られている。1901年カウフマンは電子が高速になると、その質量が増大することを実験事実として最初に発見した。

光速を超えられないとありますが、チェレンコフ放射は荷電粒子が光速を超えたときに発生するのですよね?これって矛盾していませんか?

投稿日時 - 2014-09-16 07:45:30

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