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光には本当に質量がないか。

科学者は、光は質量がゼロである、と主張します。

光の速度は、真空中で299,792,458m/s、大雑把にいうと30万キロメートル毎秒です。

そして、基本的に光速度はどこでも同じとされます。

真空中という、但し書きはつきますけどね。

 つまり、光は常に等速度であって、加速も減速もしていない。

アインシュタインは、重力と加速度は区別できないと、指摘したでしょ。

 じゃあ、光は無重力の中を進んでいるのと、同じってこと。

そうなるでしょうね。

 無重力下では、秤に載せる形はできても、実際は並べたのと同じなのでその方法では重さを量れない。

そうなるでしょうね。

そこで、無重力下で重さをはかるには、加速度を与えるしか方法がないのです。

加速度と加える力を揃えれば、比較できる数値が得られます。

地上で重さを比較できるのは、地上ではほとんどどこでも同じ大きさの加速度として重力が振る舞うからです。

質量に加速度を加えれば、動きやすさ、あるいは、動きにくさ、という形で質量は調べられます。

 止めやすさ、止めにくさ、という形でも、質量は調べられるよね。

質量の大きさは、重量の値という形で測定できるわけです。

 秤による重量の測定は、重力による加速を止めるのにどれだけの大きさの力が必要かを調べているわけよね。

そうなるでしょうね。

光電効果は、光の質量測定を電子の動かしやすさとして行っていると見ることができるわけです。

 光の波長が短いほど、電子は動きやすい。

 波長の短さがある限界を超えると、電子は飛ばされてしまう。

 光電効果は、電子が光の質量による衝撃を受け止めきれずに飛び出す現象を利用して、光のエネルギーを電気に変えている。

そう見るのは、自然でしょ。

光には、圧力があります。

光、つまり、電磁放射を受ける物体の表面に働く圧力は、放射圧(radiationpressure)と呼ばれます。

輻射圧や光圧とも呼ばれます。

放射圧の大きさは、放射が物体に吸収される場合には入射するエネルギー流束密度を光速で割った値となります。

 エネルギー流束密度とは、単位時間に単位面積を通過するエネルギーでしたね。

放射が完全反射される場合には、エネルギー流束密度は2倍の値になります。

例えば、地球の位置での太陽光のエネルギー流束密度は1,370W/m2なので、その放射圧は太陽光が吸収される場合には4.6μPa(マイクロパスカル)となります。

Pa(パスカル)は国際単位系(SI)の圧力や応力の単位で、その名前は、圧力に関する「パスカルの原理」に名を残すブレーズ・パスカルに因みます。

μPa(マイクロパスカル)は、圧力や応力の単位Paの1000分の1の大きさという事です。

1871年にジェームズ・クラーク・マクスウェルによって、物体の表面に電磁波が当たると入射面に圧力が働くという事実は、理論的に導かれたのです。

1900年のピョートル・ニコラエヴィッチ・レベデフに次いで、1901年にはエルンスト・フォックス・ニコルスとゴードン・フェリー・ハルによって実験的に証明されたのです。

放射圧は非常に弱いが、反射性の金属でできた羽根を微妙な釣り合いの状態に置いて放射を当てると検出することができるです。

この原理を利用するのが、ニコルス放射計です。

 ニコルス放射計は、夏目漱石の『三四郎』に登場する光の放射圧を測定する実験装置よね。

放射圧は、波長が短いほど大きくなります。

これを、放射圧は放射のエネルギー密度と同じ次元を持つというです。

 ここでいうエネルギー密度とは、単位時間に単位面積を通過するエネルギーという意味で、エネルギー流束密度という事かしら。

そう見て良いでしょうね。

波長は短いほど、エネルギー流束密度は大きくなると言って良いですね。

 放射や輻射を語る場合、黒体というのをよく聞きますね。

完全放射体とも呼ばれる黒体(blackbody)とは、外部から入射する光、つまり電磁波による熱放射などを、あらゆる波長に渡って完全に吸収し、また放出できる物体のことです。

完全な意味での黒体である完全黒体は、現実には存在しないとされます。

でも、ブラックホールなど近似的にそうみなせる物質、物体はあります。

現在、工業的に作り出された最も黒体に近い物質は、紫外線(UV-C)から可視光線、遠赤外線(F-IR)までの広い波長域で99%の光、つまり電磁波を吸収するカーボンナノチューブ黒体です。

カーボンナノチューブ黒体が吸収できる範囲は、波長でいうと、200nm(ナノメートル)から200µm(マイクロメートル)の間になります。

nm(ナノメートル)は1億分の1メートル、µm(マイクロメートル)は1000ナノメートルです。

 1000ナノメートルは、いいかえると0.001ミリメートル、確かに幅広いですよね。

 これでも、完全な意味での黒体ではない…。

物体が黒体放射にさらされていて放射と物体表面が熱平衡状態にある場合、その放射のエネルギー密度はシュテファン=ボルツマンの法則より、σT4/3cに等しくなります。

この式の、σ(シグマ)はシュテファン=ボルツマン定数、cは光速、Tは空間の絶対温度です。

シュテファン=ボルツマン定数は比例定数なので、絶対温度の4倍に比例するよと言っているくらいに思ってください。

エネルギー密度の1/3は、国際単位系では6.305×10-17T4J/(m3K4)となります。

一様・等方な放射で満たされた空間の中に置かれた物体の表面に働く放射圧の大きさは、その空間の単位体積当たりの全放射エネルギーの1/3に等しくなります。

これは電磁気学・量子力学・熱力学のどの場合でも、放射自身の性質に関係なく示すことができます。

これが、圧力の単位であるパスカルで表した黒体放射の放射圧の大きさとなります。

太陽系内の惑星間空間では、放射のエネルギー流束の圧倒的大部分は太陽に由来します。

このように放射が一方向からのみ当たる場合、放射圧の大きさは等方放射の場合の3倍。

 3倍、縦横高さの3次元ということかしら。

そう見て良いでしょうね。

放射圧の大きさは放射が一方向からのみ当たる場合、σT4/cとなります。

これに加えて物体が放射を完全反射する場合にはさらに2倍。

すなわち、2σT4/cとなります。

例として、温度が沸点が絶対温度Tで373.15Kの水が放射する黒体放射の放射圧は約3μPaです。

 放射圧と言えば、ソーラーセイルが計画されているね。

宇宙機の推進機構の一種として提案されているソーラーセイルは、太陽からの放射圧を動力として用います。

2005年に惑星協会によって打ち上げられたコスモス1は、ソーラーセイルを搭載していたのです。

打ち上げは失敗に終わっています。

2010年にJAXAで打ち上げたIKAROSは、世界初のソーラーセイル実証機となったのです。

惑星間空間内のある場所での放射温度が沸騰する水の温度に等しい場合、その場所を飛ぶソーラーセイルに働く放射圧は約22μPaに過ぎないです。

しかしこのように微小な圧力であっても、気体イオンや電子などの粒子にとっては十分大きい訳です。

気体イオンや電子などの粒子に影響を与えるには十分な大きさなので、放射圧は太陽風に含まれる電子流や彗星物質の理論などで重要な役割を占めています。

恒星内部は、非常に温度が高いと見られています。

現在の恒星モデルによると、太陽の中心温度は約1,500万Kで、超巨星の中心核では約10億Kを超えるとされています。

放射圧の強さは温度の4乗に比例して増加するため、このような高温の環境では放射圧は非常に重要です。

太陽では放射圧は気体の圧力に比べてまだかなり小さいが、大質量星では放射圧が星の圧力の大部分を担っています。

止めやすさ、あるいは、止めにくさ、という形でも、等速直線運動であれば質量の大きさは調べられるはずですね。

 加速度と重力は、区別できないからですよね。

重力は、大きさに無関係に等加速度です。

 そして、電磁波と重力波が同じ形式の式でしたね。

ならば、重力も波長に無関係に等速度と言って良いはずでしょ。

 そういえば、電磁波は波長に無関係に等速度ですよね。

光は、波長によってエネルギー流束密度が変わるのですよね。

だったら、重力もこういえるはずです。

重力は、波長によってエネルギー流束密度が変わる。

質量が小さければ受け止められるが、質量が大きければ受け止めきれずに飛ばされる。

波長が長ければ受け止められるが、波長が短ければ受け止めきれずに飛ばされる。

つまり、こういう関係が見えるのでしょ。

波長が長い=質量が小さい。

波長が短い=質量が大きい。

ここから導かれる答えは、光、すなわち電磁波は波長の大きさで質量が変化するということではないですか。

E=mC²

この式はこう変更できます。

m=E/C²

この式は、光のエネルギーでエネルギー量を割ると質量が得られるという意味です。

しかし、こうも言えるのです。

E/C²=m

エネルギーは大きさに見合った質量をもつ。

そして、実際に電磁波では波長の大小は質量の大小として振る舞ったのです。

プラズマは、宇宙に存在する全物質の99.9999999999・・・%を占めています。

宇宙全体を、暗黒エネルギー(ダークエネルギー)を約70%、暗黒物質(ダークマター)を含めた物質を約30%、にした場合にうまくいくとされています。

だったら、暗黒エネルギーをプラズマのエネルギーと置き換えたらどうでしょ。

暗黒物質(ダークマター)を含めた物質は、プラズマの波長のエネルギーの質量を含めた物質量と見ても良いと、なるのでしょ。

 なるほど、プラズマ宇宙論はダークマターもダークエネルギーも想定しないわけですからね。

でしょ。

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コメント

I really agree with the facts that you have shared on this post. An interesting topic like this really enhances reader's mind to have more effective decisions over a certain issue.

投稿: accutane isotretinoin | 2011年11月26日 (土) 00時17分

Thanks for your interest.

投稿: cova | 2011年11月27日 (日) 19時15分

I went to tons of links before this, what was I thninkig?

投稿: Kaylie | 2011年12月 6日 (火) 20時30分

You surprised?

投稿: cova | 2011年12月 6日 (火) 22時22分

ところでプラズマ宇宙論を私は今日初めて知ったばかりです。電子工学科修了者としては距離に反比例の重力や電磁波の強度と異なって、静電気は3乗、磁力は自乗と減衰が激しい3種の力を作る、電気力が広大な宇宙に作用できるとは思いもしませんでした。広い宇宙に大きな力があるとしたら、宇宙空間にさらされた人工衛星には強力な磁力や高電圧、大電流が検出されるはずですが聞いたことがない点は未だ腑に落ちないところです。もしプラズマ宇宙が現実だとしたら、大エネルギー密度の空間が宇宙のいたるところにあり、遠くの銀河や輝く星が地獄の窯のように、生命の維持できない恐ろしい場所と感じます。そうなのかもしれません。

ご意見にあった
>E=mC² この式は・変更でき・・m=E/C²・・光のエネルギーで・・エネルギー質量が得られる・・E/C²=m エネルギーは大きさに見合った質量をもつ。

 なるほど私も同意見を持ちます。現象もいくつか見出しました。ただ再現性に問題があり、非線形で非定常の現象という、現状の工学、物理学では受け入れがたい、試験手段の開発されていない分野であることが残念です。
 この現象とは私を含めJCFという研究会で阪大の名誉教授や北大の教授たちが研究している分野です。私の見立てでは、各現象に共通する原理はトンネル共鳴現象です。そして電子のトンネル共鳴現象だけにとどまらず、もっと大きな原子、分子でもトンネル共鳴していると私個人は推量しています。たとえばフライシュマンとポンズの常温核融合が電子のトンネル共鳴による電子の質量の熱化です。質量の熱化(貴志浩三の静電冷却)、熱吸収の質量化(貴志浩三の静電冷却)、熱差分の質量化新物質の出現という現象(三菱重工の岩村 重水素によるPd多層膜上での元素変換)が起きています。
 同じ人工の仕組みで、トンネル電子顕微鏡の先端にさせる放電はトンネル現象による電子の流れがあり、通電する回路です。そこでは奇妙な引力が発生します。大きなスケールでは重力に逆らって浮遊する物体(樹脂ビーズダストの整列浮遊)を作る現象があります。http://annex.jsap.or.jp/hokkaido/yokousyuu39th/B-29.pdf 直流グロー放電陽光柱ダストプラズマ

投稿: 伴 公伸 | 2014年5月22日 (木) 17時35分

光には質量があります。それは大津元一 現代光化学ⅠⅡを通読すると数式から気が付きます。そして、速度の遅い光の存在も明らかになります。

投稿: 伴 公伸 | 2014年5月22日 (木) 17時40分

大津元一 現代光科学 朝倉書店に訂正

投稿: 伴 公伸 | 2014年5月22日 (木) 17時41分

2014/5/22>>奇妙な引力が発生します

について追伸
引力は物質波の波数が変動するとき生まれる重力らしいのです。たとえばトンネル電子顕微鏡の放電電極先に発生します。金の原子一粒を空中浮遊させ(つまみ上げ)、水平の平面を移動して金の原子を金の基板上に落とす操作ができます。IBM社で原子の粒数十個を並べ替えて、IBMというロゴを作り上げた事例があります。ピラミッドを立体的に作った事例があります。こういう微小な事例に限らず、階層的にマクロな事例がります。

 ダストプラズマに樹脂ビーズが整列浮遊したのは物質波の定在波干渉縞に引力が発生して樹脂ビーズが一斉にトラップされたものです。この引力は静電気力ではありません。電流の中で静電理論は成り立ちませんし、電子には付着力粘着力はないからです。衝突力はありますが、わずかな力ですし、整列させるような制御力は発生できません。物理屋さんは静電力のつり合いで説明したがりますが、全く釣合の起きるような制御システムが不足しています。もし静電気力で説明しようとするならば浮遊には自動制御理論でいう、負のフィードバックシステムが成り立っていないとあり得ません。それがないから説明がつきません。

投稿: 伴 公伸 | 2014年5月26日 (月) 16時30分

ご感想のメールをいただけるとうれしいです。

投稿: 伴 公伸 | 2014年5月26日 (月) 16時43分

すいません。

忙しくて返事が遅れました。

メールアドレスがわかりません。

お手数ですが、covanekosuki@gmail.comまで連絡していただけませんか。

投稿: cova | 2014年5月27日 (火) 22時58分

2014年5月から今は2015年8月ご無沙汰しました。メールアドレス送ります。

投稿: 伴 公伸 | 2015年8月25日 (火) 16時04分

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